Grupo I Caso Prático (10 valores) tempo estimado: 1h05min

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1 1ª Época 24 de Janeiro de 2009 Complementos de Tecnologia Mecânica Mestrado em Engenharia Mecânica Professor Pedro Vilaça 1º Semestre do ano lectivo 2008/2009 Duração: 2h00 Grupo I Caso Prático (10 valores) tempo estimado: 1h05min Pretendem-se fabricar componentes correspondentes a estruturas de apoio de armas de fogo automáticas (metralhadoras pesadas), conforme esquema que se encontra representado abaixo. A espessura geral é de 4mm. O nível de qualidade definido pelo exército é de elevado. Este componente, que era numa fase anterior produzido em ferro fundido por via de aplicação da tecnologia de fundição, vai passar a ser produzido por tecnologia de soldadura de 3 sub-componentes em aço inoxidável: 2 x Guias e 1 x Placa de Apoio. A soldadura será realizada em duas secções diferentes (secção A-A e B-B), assinaladas no esquema abaixo. Esta mudança de tecnologia de fabrico foi decidida para permitir a mudança de material deste componente, tendo em vista aumentar a fiabilidade e resistência à corrosão, sob diversos ambientes. Considere que todas as tecnologias de fabrico são realizadas em ambiente fechado. Nota: Dimensões em [mm] Comprimento cordão Secção A-A=150mm Comprimento cordão Secção B-B=10mm Composição de ambos os sub-componentes a soldar: Composição (%) C (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Ni (%) Nb (%) Mo (%) Guia (Aço Inoxidável Austenítico) Placa de Apoio (Aço Inoxidável Ferrítico)

2 Grupo I (Continuação) Caso Prático No papel de técnico responsável pela produção destes componentes em tudo o que envolve as tecnologias de produção por fundição e soldadura, é sua tarefa desenvolver uma solução completa e eficaz, tendo em conta as especificações do cliente. Para tal, responda às seguintes questões: 1. (1.0 valores) Caracterize o caso prático, nos seguintes termos: Série a produzir; Comprimento total dos cordões de soldadura a realizar; Nível de qualidade global; Materiais envolvidos (na tecnologia de fundição e soldadura); Geometria global (incluindo o esboço das peças, com indicação das espessuras das peças, nas suas diversas zonas, respeitando as regras básicas do desenho técnico); Local de realização, e no caso da tecnologia de fundição, Rigor dimensional e Acabamento superficial. 2. (2.0 valores) Analise comparativamente a potencialidade de utilização de cada um dos seguintes processos de soldadura, para realizar os cordões de soldadura em ambas as secções A-A e B-B. Soldadura MIG Sinérgico (indique tipo de gás de protecção e diâmetro do fio eléctrodo) Soldadura Laser (indique o tipo de laser/meio activo) Soldadura por Arco Submerso (indique o tipo de binário fio/fluxo) Soldadura TIG (indique o tipo de corrente e respectiva polaridade) 3. (2.0 valores) a) Discuta a susceptibilidade de ocorrência dos problemas metalúrgicos que conhece, no cordão de soldadura da secção A-A. Justifique a sua resposta, tendo em conta todas as condições em que o cordão foi realizado. b) Para os casos de maior susceptibilidade de ocorrerem, refira ainda como procederia para evitar, ou pelo menos diminuir, a referida susceptibilidade de ocorrência. 4. (1.5 valores) Analise comparativamente a potencialidade de utilização dos processos moldação que conhece, para realizar o componente por fundição. Inclua na sua resposta, caso se aplique, uma referência ao tipo de macho e material que utilizaria para o modelo. 5. (1.5 valores) a) Discuta a susceptibilidade de ocorrência de problemas metalúrgicos (macroestruturas de fundição) e defeitos que conhece, na peça fundida. b) Para os casos de maior susceptibilidade de ocorrerem, refira ainda como procederia para evitar, ou pelo menos diminuir, a referida susceptibilidade de ocorrência. 6. (2.0 valores) Analise comparativamente a aplicabilidade dos processos de Ensaio Não Destrutivo (END) que conhece, no presente caso prático. a) Que ensaio(s) escolheria para determinar a integridade da peça produzida pela tecnologia de fundição? b) Que ensaio(s) escolheria para determinar a integridade do cordão de soldadura da secção A-A? 2

3 Grupo II Perguntas Diversas (5.0 valores) tempo estimado: 25min NOTA IMPORTANTE: Nas 5 perguntas seguintes, seleccione de entre as 4 respostas apresentadas, quais as correctas. Tenha em consideração, que o número de respostas correctas pode variar entre 0 e 4. Critério de Avaliação: valores por cada alínea correcta e por cada alínea incorrecta 1. (1.0 valores) O desempenho e fiabilidade estrutural de uma junta colada de elevada responsabilidade depende de muitos factores, entre os quais: a) A selecção da resistência coesiva do adesivo não é a mais importante. b) A concepção geométrica da junta deve promover o alinhamento dos esforços aplicados evitando que os adesivos fiquem sujeitos a distorções provocadas por esforços de corte. c) A utilização de primários para facilitar a evaporação do solvente em colas de cura por perda de solvente. d) A utilização de reforços devidamente afagados nas suas extremidades, tendo em vista aumentar a área de ligação é desejável. 2. (1.0 valores) O arrancamento lamelar que pode ocorrer em juntas soldadas caracteriza-se por: a) Ocorrer tipicamente em metais ferrosos com elevados níveis de impurezas, tais como S e P, obtidos por fundição vazada e placas laminadas. b) Ocorrem na ZAC de peças finas laminadas, sujeitas a esforços perpendiculares à sua superfície e quando todas as restantes condições necessárias estão presentes. c) Ocorrer tipicamente no momento mais quente do ciclo de soldadura. d) Ocorrer em ambos os componentes de juntas soldadas em forma de T. 3. (1.0 valores) A soldadura por feixe de electrões apresenta as seguintes características: a) Ser um processo de soldadura de elevada precisão aplicado tipicamente na indústria óptica e electrónica. b) Ser um processo de elevada densidade de potência com elevada capacidade de penetração quando realizado sob vácuo. c) A potência da radiação disponível para soldar ser superior à da soldadura laser CO 2. d) A radiação residual do processo (p.e. raios X) ser perigosa para os operadores. 4. (1.0 valores) Os fornos convertidores são muito utilizados no processo de afinação e caracterizam-se por: a) Serem os mais utilizados na reconversão de sucata de aço em novo material. b) Poderem receber a sua carga principal, tanto no estado sólido como líquido. c) O aquecimento ser feito por meio de reacção química de oxidação de coque. d) Produzir aço pronto a ser utilizado em aplicações estruturais. 5. (1.0 valores) As técnicas de END por partículas magnéticas apresentam as seguintes características: a) Utilizar corrente contínua na indução de campos magnéticos para detecção de defeitos sub-superficiais e alterna para defeitos superficiais. b) A aplicação por via húmida permitir a análise de peças de pequena dimensão de uma só vez. c) As partículas magnéticas deverem permitir um bom contraste e ter uma forma em agulha para identificarem a direcção dos campos de fuga. d) Ter dificuldade na detecção de defeitos junto de arestas de pequeno raio de concordância. 3

4 Grupo III Análise Quantitativa (5.0 valores) tempo estimado: 30min Considere os seguintes materiais de adição: Composição C (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Ni (%) Nb (%) Mo (%) Metal A Metal B Metal C Utilizando o diagrama de Schaeffler (que se encontra em anexo e que deverá entregar em conjunto com a folha de exame), considerando o caso prático proposto no Grupo I, determine qual o melhor material de adição para cada uma das seguintes situações: a) Taxa de diluição de 80% (cordão de soldadura da secção A-A) b) Taxa de diluição de 20% (cordão de soldadura da secção B-B) Considere que a contribuição para o banho de fusão da Guia é o 9 vezes maior do que da Placa de Apoio. Importante: Justifique detalhadamente todo o procedimento de selecção e a sua escolha final. Recordando O material das Guias é um aço inoxidável austenítico e o material da Placa de Apoio é um aço inoxidável ferrítico, de composição: Composição (%) C (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Ni (%) Nb (%) Mo (%) Guia (Aço Inoxidável Austenítico) Placa de Apoio (Aço Inoxidável Ferrítico)

5 Identificação do Aluno: Nome: Diagrama de Schaeffler Número: 5