Grupo I Caso Prático (11.0 valores)

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1 Exame de 1ª Época 3 de Janeiro de 2008 Complementos de Tecnologia Mecânica Mestrado em Engenharia Mecânica Professor Pedro Vilaça 1º Semestre do ano lectivo 2007/2008 Duração: 2h15min Grupo I Caso Prático (11.0 valores) Pretendem-se fabricar 1500 torpedos que foram encomendados pelo ramo da marinha das forças armadas, tendo a marinha definido o nível de qualidade de construção como muito elevado. O corpo exterior do torpedo é constituido por uma casca dianteira e uma casca posterior. Por imposições de projecto, a casca dianteira tem que ser construída numa só peça, pelo que a tecnologia de fundição foi o processo escolhido para a obter. Seguidamente, a casca dianteira será soldada à casca posterior, tendo em vista a obtenção do corpo do torpedo. O corpo do torpedo, representado na figura abaixo, tem as seguintes características geométricas, dadas pelas cascas posterior e dianteira: A casca posterior trata-se de um tubo cilíndrico com 2000mm de comprimento, diâmetro exterior de 500mm e espessura de 10mm; A casca dianteira, com espessura média de 10mm, é composta por uma zona cilíndrica com diâmetro exterior de 500mm, e comprimento de 500mm, tendo numa extremidade uma tampa com forma de calote esférica, com um furo central de diâmetro de 50mm. O material da casca dianteira é um aço níquel molibdénio AISI 4620, de composição: Composição (%) C Ni Mn Mo Casca Dianteira (AISI 4620) O material da casca posterior é um aço inoxidável austenítico AISI 304, de composição: Composição (%) C Ni Cr Mn Si Casca Posterior (AISI 304) Tenha em consideração que: Toda a construção é realizada em estaleiro fechado; Por motivos de guiamento dentro dos obuses de lançamento dos submarinos, toda a superfície externa será sujeita, após as operações de fundição e soldadura, a uma operação de torneamento de toda a superfície externa, pelo que à construção fundida é exigido um bom rigor dimensional (com uma sobre espessura exterior de 1mm) e razoável acabamento superficial. No papel de técnico responsável pela construção desta peça, e tendo em conta as especificações do cliente, responda às seguintes questões: 1

2 Grupo I (Continuação) Caso Prático tempo estimado: 1h15min 1. (1.0 valores) Caracterize o caso prático, nos seguintes termos: Série a produzir; Nível de qualidade global; Materiais envolvidos; 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 dos seguintes processos de soldadura, para o cordão de soldadura a realizar neste caso prático. Soldadura por Difusão Soldadura por Fios Fluxados (indique o tipo de fio e gás de assistência) Soldadura por Eléctrodo Revestido (indique o tipo de eléctrodo) Soldadura Plasma (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. 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. (2.0 valores) Analise comparativamente a potencialidade de utilização dos processos moldação que conhece, para realizar o componente que se deseja construir por fundição. Inclua na sua resposta, caso se aplique, uma referência ao tipo de macho e material que utilizaria para o modelo. 5. (2.0 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 Controlo Não-Destrutivo 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? 2

3 Grupo II Perguntas Diversas (5.0 valores) tempo estimado: 30min 1. (1.0 valores) Identifique os diversos tipos de defeitos que são mais comuns de ocorrer em juntas ligadas por adesivos. Nota: utilize os códigos D1 a D6, para identificar os defeitos representados na secção transversal de uma junta colada genérica, apresentada na figura abaixo. 2. (1.0 valores) Represente graficamente a evolução típica da resistência de um polímero termoplástico, ao longo de um ensaio de tracção uniaxial (gráfico: Força versus Deslocamento). 3. (1.0 valores) Represente graficamente como evolui a resistência mecânica ao corte, com o comprimento de sobreposição, para uma junta sobreposta (gráfico: Força de resistência máxima versus Comprimento de sobreposição). Nota: considere a junta sobreposta com largura constante, muito superior à espessura dos materiais a ligar. NOTA IMPORTANTE: Nas 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 4. (1.0 valores) De entre as diversas formas de transferência metálica do fio eléctrodo para o banho de fusão, na soldadura MIG, pode-se afirmar: a) A forma de transferência por curto-circuito baseia-se na força de tensão superficial que se estabelece entre o banho de fusão e a coluna de fio líquido, durante os breves momentos de extinção do arco eléctrico (curto-circuito), durante os quais a tensão diminui até valores quase nulos e a intensidade de corrente aumenta. b) Em polaridade directa não é possível estabilizar a transferência metálica estável do fio eléctrodo para o banho de fusão, devido às forças electromagnéticas. c) A transferência por spray, é adequada para realizar enchimentos em soldadura na posição horizontal ao baixo, apesar de não depender da força gravitica para a transferência metálica. d) A transferência drop-spray, ou gota a gota, é característica da soldadura com corrente pulsada, sendo tipicamente associada ao controlo sinérgico dos equipamentos de soldadura. 3

4 5. (1.0 valores) Os equipamentos de fusão, elaboração do metal líquido e injecção nos moldes, com as características requeridas são um elo muito importante na cadeia de obtenção de produtos de fundição, assim, pode-se afirmar: a) Os fornos de cadinho são pouco usados para materiais ferrosos, sendo mais usados para a elaboração de ligas metalicas não-ferrosas. b) O enchimento por gravidade é sempre preferível ao enchimento com aparelhagem de injecção. c) Nos fornos eléctricos de indução, é preferível utilizar corrente de baixa frequência, para evitar maiores agitações do banho e para os fornos durarem mais. d) Os fornos convertidores produzem aço de qualidade superior a todos os restantes fornos. Grupo III Análise Quantitativa (4.0 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 Schaefler (que se encontra em anexo) determine qual o material de adição que seria o mais aconselhável para a execução do cordão de soldadura realizado por um processo de fusão, do caso prático proposto no Grupo I. Considere uma taxa de diluição de 40%, e que a contribuição para o banho de fusão da casca dianteira é metade da casca posterior. Importante: Justifique detalhadamente todo o procedimento de selecção e a sua escolha final. Recordando O material da casca dianteira é um aço níquel molibdénio AISI 4620, de composição: Composição (%) C Ni Mn Mo Casca Dianteira (AISI 4620) O material da casca posterior é um aço inoxidável austenítico AISI 304, de composição: Composição (%) C Ni Cr Mn Si Casca Posterior (AISI 304) 4

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