COLAGEM APLICADA A INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA. Aluno: Matheus Coelho Cosenza. Orientador: Ivani de S. Bott. Co-Orientador: José Roberto D Almeida.

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1 COLAGEM APLICADA A INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA Introdução Aluno: Matheus Coelho Cosenza. Orientador: Ivani de S. Bott. Co-Orientador: José Roberto D Almeida. As vantagens oferecidas pelos adesivos estruturais são muitas, no entanto há sempre a melhora contínua das propriedades e aplicação destes adesivos, para atender as necessidades industriais. Uma das principais vantagens dos adesivos em geral é poder unir materiais similares e dissimilares sem deixar de fornecer rigidez às juntas. Mas, para que a resistencia das juntas atendam as novasdemandas, é preciso conhecer as propriedades do adesivo, o processo de cura da colagem e levar em conta fatores que possam limitar a utilização deste, ou seja, as condições do ambiente. Tão importante quanto conhecer o adesivo, é necessário se conhecer o aderente, isto é, a superfície na qual será aplicado o adesivo. A condição da superfície do aderente influencia diretamente a qualidade da união e durabilidade das juntas [2]. No caso da produção da carroceria de automóveis, na qual são utilizadas chapas de aço cuja espessura pode variar entre 0,5 a 2,0 mm, pode-se utilizar a colagem para formar uma unidade que permita gerar o automóvel como um todo. Essa colagem (Adhesive Bonding) de aços é o objeto de estudo deste trabalho. Este trabalho aborda a relação aderente/adesivo de forma a avaliar a resistência ao cisalhamento da junta em diversas condições de superfície do aderente, assim como a influencia da temperatura e umidade Métodos e Materiais Estão sendo estudadas juntas de dois aços da classe DP (Dual Phase), o DP600 e o DP780, cuja composição química está na tabela 1, em três condições de superfície: lixamento com lixa de granulometria 100; atacados com Nital 2%; e lixados ( lixa 100) e atacados, conforme tabela 2, e utilizado o adesivo BETAMATE 73305GB. Tabela 1. Composição Química dos Aços Duplex Aço C Mn Si Cr Ni Al Cu Ti V Nb DP DP Tabela 2 Condições da Superfície Superfície Condição 1 Lixamento com Lixa #100 2 Lixamento com Lixa #100 + Ataque com Reagente Nital 2% por 20s 3 Ataque com Reagente Nital 2% por 20 s 1

2 Metodologia Experimental para a Caracterização das Superfícies Aderentes Determinação da Rugosidade A rugosidade é um aspecto de relevância significativa para a adesão. Isto ocorre porque existe uma correlação entre a rugosidade das superfícies e a resistência da junta. A rugosidade superficial apresenta-se como importante parâmetro micro geométrico, na busca de melhores desempenhos de processos e produtos onde a rugosidade pode representar um fator fundamental do desempenho da junta adesivada. Para o teste de rugosidade, é importante saber que a linha média de medida é disposta paralelamente à direção geral do perfil, de modo que as áreas superiores e inferiores a linha média sejam iguais. As médias aritmética (Ra roughness arithmetic) e quadrática (Rq roughness quadratic) são medidas importantes que ajudam a avaliar a rugosidade da superfície em questão. A média aritmética é o parâmetro geralmente utilizado para medição de rugosidade, em que grandes picos e vales não são destacados com muita importância. Já na média quadrática a detecção de picos e vales na superfície analisada é evidenciada, visto que o desvio envolve um termo quadrado, o que acentua as discrepâncias. Os dados de rugosidade obtidos para as amostras dos aços em estudo foram realizadas através de uma Microscopia Óptica. Neste caso, a rugosidade é medida pela reflexão da radiação eletromagnética, em que radiações de diferentes comprimentos de onda são refletidas de formas distintas, de acordo com a rugosidade da superfície avaliada. Metodologia de preparo dos Corpos de Prova Ensaio de Cisalhamento das Juntas Foram usinadas 48 amostras com dimensões 25mmx100mm conforme figura 1. Foram ensaiadas 24 amostras do DP600 e 24 amostras do DP mm 100mm Figura 1 Figura 1- Dimensão da amostra para a junta sobreposta. As juntas sobrepostas foram preparadas, posicionando as duas amostras (figura 2a) com dimensões de 25mmx100mm utilizando-se um gabarito (figura 2b) com oito parafusos. A sobreposição foi mantida com uma distância de 1 mm uma da outra, distância esta preenchida com o adesivo BETAMATE 73305GB. Foi aplicado um torque igual (com a utilização de um torquímetro) para todos os oito parafusos do gabarito a fim de tornar a colagem a mais uniforme possível. a área de colagem foi demarcada por um quadrado de área 1mm², medido com um paquímetro. 2

3 (a) (b) Figura 2 Preparação da junta sobreposta (a), e gabarito utilizado (b) Ensaio de tração do Adesivo Para a obtenção das amostras do adesivo BETAMATE 73305GB foi necessário fabricar um molde de silicone. Este molde de silicone foi obtido utilizando uma caixa de papelão de fundo plano, na qual cinco amostras de epoxi foram dispostas lado a lado. Sobre este arranjo espalhouse o material de silicone. Após cura, o molde de silicone (figura3 a) ficou pronto para a obtenção dos corpos de prova do adesivo (figura 3b). (a) (b) Figura 3 - Molde de silicone (a) e corpo de prova obtido (b) a partir da aplicação e cura do adesivo BETAMATE 73305GB sobre as cavidades do molde de silicone. Resultados As imagens 3D, figuras 4 e 5, foram geradas através de um Microscópio Óptico axio imager M2m, com resolução 1292 x 968 pixels, objetiva de 20x e uma câmera axiocam MRc5. As imagens 3D foram construídas através de uma sobreposição de imagens com distâncias focais diferentes. Nessa imagem pode-se observar os picos e vales de cada amostra em sua respectiva condição. Em cada amostra tomaram-se três pontos aleatórios e distantes uns dos outros a fim de estimar-se a rugosidade nas superfícies. 3

4 Lixamento com lixa #100. Ataque com Nital 2% Lixa #100, e ataque comnital 2% Figura 4: Imagem e medidas da rugosidade da superfície do aço DP 600 Para todos os ensaios foram realizadas três medidas em regiões distintas e então foi tirada uma média para estes valores. A superfície do aço DP600 mostrou uma maior rugosidade quando submetida somente ao ataque químico, com uma média de 2,62 µm. Já o mesmo material submetido somente a lixa obteve 2,21µm e quando lixado e atacado, obteve 2,13 µm. Lixamento com lixa #100. Ataque com Nital 2% Lixa #100, e ataque com Nital 2% Figura 5: Imagem e medidas da rugosidade da superfície do aço DP780 A superfície do aço DP780 também se destacou em termos de rugosidade quando submetida ao ataque químico, apresentando uma média de 2,40 µm, enquanto a mesma somente lixada apresentou 2,26 µm e quando lixada e atacada 2,29 µm. Com esses dados, pudemos observar que quando submetidos a lixa #100, tanto sozinha quanto combinada com o ataque, a amostra DP780 se mostrou mais rugosa que a DP600; enquanto que na presença do ataque somente, a amostra DP600 obteve uma rugosidade maior (figura 6). No entanto, em termos de classificação de metrologia, esta diferença de rugosidade entre os dois aços não é relevante. Ambos possuem um grau de acabamento que se encaixa na classe de rugosidade N8 [3], classe que abrange rugosidades aritméticas de até 3.2 µm. 4

5 RA RQ RA RQ Rugosidade mµ Rugosidade mµ Lixa #100 NItal 2% Lixa #100+ Nital 2% Condição da superfície DP Lixa #100 NItal 2% Lixa #100+ Nital 2% Condição da superfície DP780 (a) (b) Figura 6: Rugosidade aritimética e quadrática das superfícies dos aços DP600 (a) e DP780 (b) nas três condições estudadas Os ensaios de tração foram realizados com um extensômetro, que nos forneceu valores como as tensões máximas, deformações correspondentes de cada amostra e a curva Tensão x Deformação tanto das cinco (5) amostras do adesivo, como também das 24 juntas adesivadas. A figura 7 mostra o resultado obtido para os aços e a figura 8 para o adesivo. Figura 7. Gráficos tensão x deformação das amostras de aço adesivadas, comparados nas condições: como recebida; lixadas com lixa 100; atacadas com uma solução Nital 2%;e as condições lixadas(lixa 100) e atacadas(nital 2%). 5

6 Figura 8: Gráfico tensão máxima x deformação máxima das amostras de aço coladas, comparados nas condições: como recebidas; lixadas com lixa 100; atacadas com uma solução Nital 2%;e as condições lixadas(lixa 100) e atacadas(nital 2%) coexistindo Corpo1 Corpo2 Corpo3 Corpo4 Corpo5 Tensão (MPa) ,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Deformação (mm) Figura 9: Gráfico tensão x deformação representando o comportamento de cada corpo de prova feito com o adesivo no molde supracitado. 6

7 Quanto ao aço DP600, observa-se que as amostras na condição de Como recebida apresentam tensão máxima média de aproximadamente 200MPa e deformação máxima média de aproximadamente 0,04mm. Utilizando esses valores e essa condição como referencia, os valores encontrados para as demais condições foram analisados. Podemos perceber que todas as condições apresentaram uma redução do valor da tensão máxima, sendo a que apresentou maior e menor redução, respectivamente, foram as condições 1 e 3. Quanto à deformação máxima, observamos que as condições 2 e 3 apresentaram deformação máxima semelhante a condição de referencia ( Como recebida ), enquanto a amostra condição 1 apresentou uma deformação máxima menor. Já para o aço DP780, as amostras na condição Como recebida apresentam tensão máxima média de aproximadamente 215MPa e deformação máxima média de aproximadamente 0,04mm. Utilizando esses valores e essa condição como referencia, os valores encontrados para as demais condições foram analisados. Podemos perceber que em todas as condições ocorreu uma redução do valor da tensão máxima média, sendo a que apresentou maior e menor redução, respectivamente, foram as condições 3 e 2. Quanto à deformação máxima média, observamos que a amostra na condição 1 possuiu deformação máxima média semelhante a condição de referencia ( Como recebida ), enquanto as demais possuíram deformação máxima média superior. A amostra que possuiu maior deformação máxima média foi a amostra na condição 3, aproximadamente, 0,07mm. Molhabilidade A molhabilidade é avaliada pelo ângulo de contato do líquido com a superfície sólida e podemos dizer que quanto maior esse ângulo, maior a molhabilidade, i. é, mais o fluido molha a amostra. Nos ensaios, foi avaliado a molhabilidade do adesivo em três (3) amostras por condição de superfície para cada aço, totalizando 24 amostras de dimensão 20mmx20mm. Os ensaios de medida da molhabilidade foram realizados em uma lupa. O procedimento para medir os ângulos consistiu em aquisitar a imagem da gota de adesivo curado na superfície de interesse (figura 10) através de uma câmera acoplada ao equipamento. O ângulo de contato entre a amostra e a gota do adesivo foi medido manualmente. Figura 10: Imagem dos ângulos de contato e 7

8 As medidas foram realizadas para cada lado da gota e o valor utilizado corresponde a média dos dois ângulos de contato para três (3) amostras de cada condição de superfície para cada aço, obtendo assim um resultado mais confiável. A tabela 3 descreve os ângulos de contato obtidos Tabela 3: Ângulos de contanto encontrados. Quanto ao aço DP600, podemos observar que as amostras nas condições de Como recebida e Atacada com Reagente Nital 2% (Condição 3) apresentaram maiores ângulos de contato, enquanto as amostras nas condições Lixada com lixa #100 e Atacada com Reagente Nital 2% (Condição 2) e Lixada com lixa #100 (Condição 1) apresentaram ângulos menores. Assim, comparativamente as condições iniciais de como recebida percebemos que as amostras nas condições 1 e 2 se espalharam mais na superfície metálica, conforme mostrado na tabela 3. A partir dos valores presentes na tabela 3 referentes ao aço DP780, podemos perceber que as amostras na condição 1 e 2 possuíram resultados semelhantes dos ângulos de contato. Já as amostras nas condições Como recebida e 3 apresentaram valores maiores em relação as condições citadas anteriormente. Assim, percebemos que as amostras nas condições 1 e 2 se espalharam mais na superfície metálica, conforme mostrado na tabela 3. Comentários Finais Foram determinados os parâmetros para caracterização dos aços, os quais são considerados relevantes para o comportamento da junta adesivada. Concluídos os ensaios para a análise da molhabilidade do aderente em relação às diferentes amostras, as próximas etapas serão os ensaios para avaliação dos efeitos causados pela temperatura e pela umidade nas juntas adesivadas. Feito isso, seremos capazes de obter mais resultados relevantes e desenvolver o principal objetivo do projeto: a colagem aplicada na indústria automobilística. Referências 1 - MONTEIRO, Delfim Ferreira. Análise do comportamento a fractura de juntas de aço efectuadas com adesivos estruturais. Universidade do Porto. Porto MARRA, Kleiner Marques, ALVARENGA, Evandro de Azevedo e VIEIRA, Sérgio Luiz. 8

9 Adesividade de Aços Laminados a Frio da Usiminas Destinados a Indústria Automobilística. 3 - TALATI, Jigar. Surface Roughness Significance and symbol interpretation in drawing. Hexagon Design Centre. Vadodara. 4 - SOUZA, Sergio Augusto de. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. 5 Ed. São Paulo. Editora Edgard Blücher LTDA. p