UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica. Elementos de Máquinas I Elementos de União

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1 Elementos de Máquinas I Elementos de União

2 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.1.DEFINIÇÕES USUAIS "Processo de união de metais por fusão". (não só metais e não apenas por fusão) "União de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas". (é possível soldar materiais diferentes) "Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre as peças que estão sendo unidas, de ligações químicas de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais."

3 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.1.DEFINIÇÕES USUAIS (cont.) AWS American Welding Society É a técnica de reunir duas ou mais partes constitutivas de um todo, assegurando entre elas a continuidade geométrica, as características mecânicas, metalúrgicas e químicas do material.

4 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.2. Formação da Junta Soldada Idealmente, a soldagem ocorre pela aproximação das superfícies das peças a uma distância suficientemente curta para a criação de ligações químicas entre os seus átomos. Este efeito pode ser observado, por exemplo, quando dois pedaços de gelo são colocados em contato. Porque não acontece a solda?

5 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.2. Formação da Junta Soldada A criação de ligações químicas entre os seus átomos é dificultada pela: - rugosidade microscópica, - camadas de óxido, - umidade, - gordura, - poeira e - outros contaminantes existentes em toda superfície metálica. Partículas de poeira ionizadas Gordura Umidade Gás absorvido Óxido Metal + Óxido Metal

6 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.2. Formação da Junta Soldada Esta dificuldade é superada de duas formas principais: - Deformar as superfícies em contato e - Aquecer localmente a região a ser soldada até a sua fusão. Assim, os diferentes processos de soldagem podem ser agrupados em dois grandes grupos baseando-se no método dominante de se produzir a solda: - processos de soldagem por PRESSÃO (ou por deformação) - processos de soldagem por FUSÃO.

7 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.2. Formação da Junta Soldada - processos de soldagem por pressão (ou por deformação)

8 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.2. Formação da Junta Soldada Soldagem por resistência a ponto (a) e costura (b). (I - corrente de soldagem). - processos de soldagem por fusão. Soldagem manual a arco.

9 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.2. Formação da Junta Soldada - processos de soldagem por fusão.

10 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.3. Vantagens e Desvantagens de VANTAGENS DESVANTAGENS 1. Juntas de integridade e eficiência elevadas; 1. Não pode ser desmontada PERMANENTE; 2. *Maior resistência e menor peso (maior seção); 2. Pode afetar microestrutura e propriedades das partes; 3. Grande variedade de processos; 4. Aplicável a diversos materiais; 3. Pode causar distorções e tensões residuais; 5. Operação manual ou automática; 6. Pode ser altamente portátil; 4. Requer considerável habilidade do operador; 7. * Juntas contínuas e estanques (isentas de vazamentos); 5. Pode exigir operações auxiliares de elevado custo e duração; 8. Custo, em geral, razoável; (ex.: tratamentos térmicos) 9. * Junta não apresenta problemas de perda de aperto. 6. Estrutura resultante é monolítica e pode ser sensível a falha total.

11 1. INTRODUÇÃO Elementos de Máquinas I 1.4. O ESTUDO DE SOLDAGEM SE DIVIDE BASICAMENTE, EM 3 TÓPICOS: A) Processo de Soldagem; B) Tecnologia de Soldagem; C) Dimensionamento e Projeto de Peças e Estruturas Soldadas.

12 A) Processos de Soldagem (Existem cerca de 50 processos catalogados pela AWS.) Elementos de Máquinas I

13 B) Tecnologia de Soldagem Elementos de Máquinas I Envolve o estudo dos aspectos metalúrgicos, físicos e químicos da solda. Estudos envolvendo a tecnologia, em conjunto com os processos de soldagem, permitem a especificação da união soldada mais adequada e com as propriedades mecânicas e físicas desejadas. C) Dimensionamento e Projeto de Peças e Estruturas Soldadas

14 2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA Elementos de Máquinas I Esquema da seção transversal de uma solda de topo por fusão metal de base Seção transversal de uma solda de topo por fusão solda ZTA

15 2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA Elementos de Máquinas I Penetração Reforço Largura do cordão Raiz da solda Face da solda Garganta ConvexidadePerna do filete Raiz da solda Nomenclatura de algumas regiões de soldas de topo e filete. Face do filete Perna do filete

16 2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA Elementos de Máquinas I

17 2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA -Exemplos Elementos de Máquinas I

18 2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA -Exemplos Elementos de Máquinas I

19 60 a 80 o Elementos de Máquinas I 3. TIPOS DE JUNTAS SOLDADAS Junta de Topo com flange Junta de Topo reta Junta sobreposta (a) (b) Junta de Topo em "V" (a) e duplo "V" (b) Juntas em "T" Junta de canto (a) (b) Junta de Topo em "U" (a) e duplo "U" (b)

20 3. TIPOS DE JUNTAS SOLDADAS Elementos de Máquinas I 4

21 4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO Elementos de Máquinas I

22 4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.) Elementos de Máquinas I Tabela 1 - Preparação recomendada para juntas de topo

23 4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.) Elementos de Máquinas I

24 4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.) Elementos de Máquinas I

25 4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.) Elementos de Máquinas I

26 4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.) Elementos de Máquinas I

27 5. Momento de Inércia Elementos de Máquinas I Filete de solda Área da garganta Localização do CG Segundo momento polar de inércia unitário

28 5. Momento de Inércia (cont.) Elementos de Máquinas I Filete de solda Área da garganta Localização do CG Segundo momento polar de inércia unitário

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31 6. Fadiga em Juntas Soldadas Elementos de Máquinas I Se = ka x kb x kc x kd x ke x kf x... x Se Idem Se = 0.5 x Su t k e = 1 kf * dimensão característica = perna da solda (h) Acabamento Superficial = fundido ou forjado

32 Elementos de Máquinas I Tabela 9.5 pág. 461 Fatores de Concentração de Tensões de Fadiga k f * TIPO DE SOLDA k f * Solda de topo reforçada 1.2 Ponta de solda de filete transversal 1.5 Extremidade de solda paralela 2.7 Solda de topo em T com cantos aguçados 2.0

33 Elementos de Máquinas I Tabela 9.4 pág. 461 Tensões permitidas para o metal de solda e coeficientes de segurança CS*

34 7. EXERCÍCIOS Elementos de Máquinas I 1. A tensão de cisalhamento admissível da solda mostrada abaixo é 140 MPa. Determine a força F que causaria a ruptura F 50 10

35 Elementos de Máquinas I 2. Determine a tensão máxima atuante no filete de solda do elemento de máquina mostrado abaixo N 30 50

36 Elementos de Máquinas I 3. A figura abaixo mostra elementos de uma estrutura unidos por solda. Para um carregamento de 50 kn, determine: a) a tensão máxima atuante no filete de solda; b) a tensão admissível da solda; c) o eletrodo mais adequado. 50 kn 6 y x

37 Elementos de Máquinas I 4. Para a estrutura soldada mostrada na figura abaixo determine os fatores de segurança utilizados nos seguintes casos: a) Carga estática, F = 5000 N; b) Carga variável e repetida, 0 < F < 5000 N y kn 8 x 6

38 Elementos de Máquinas I 5. Determine a perna (h) mínima do filete de solda do elemento de máquina mostrado abaixo, sabendo que a carga F vale 10 kn e que sua tensão admissível é 660 MPa h 400 F 60 10

39 Elementos de Máquinas I 6. Calcular o coeficiente de segurança utilizado no filete de solda do elemento de máquina mostrado abaixo. DADOS: - tensão admissível: 350 MPa. - cargas: F1 = 10 kn F2 = 40 kn F 1 F