Uniões Soldadas em Projetos de Sistemas Mecânicos

Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS UNIÕES SOLDADAS 1 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS UNIÕES FIXAS Uniões fixas são aquelas que se caracterizam pela impossibilidade de separar as peças previamente unidas sem danificar o conjunto Procedimentos largamente utilizados que se assemelham nesta categoria e que merecem destaque são 2 SOLDAGEM BRASAGEM COLAGEM Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS SOLDAGEM Processo de união de materiais usado para obter coalescência junção de duas ou mais partes localizada de metais e nãometais produzida por aquecimento até uma temperatura adequada com ou sem a utilização de pressão eou material de adição Definição American Welding Society 3 Desde que devidamente projetadas são mais leves que as peças fundidas e que as peças rebitadas ou parafusadas de mesma rigidez e resistência dificuldade de verificar a qualidade da junção soldada e o controle do processo e execução O processo de soldagem requer cuidados especiais principalmente com o repuxamento e as tensões de contração Quando o processo não é automatizado requer treinamento de pessoal Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS FALHAS EM JUNTAS SOLDADAS A soldagem sempre afeta a estrutura do material Alguns são mais sensíveis e podem apresentar fragilizações e descontinuidades como trincas e poros 4 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS FORMATO DAS JUNÇÕES 5 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 6 FORMATO DAS JUNÇÕES Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 7 JPC JPP NOMENCLATURA Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 8 SIMBOLOGIA Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 9 SIMBOLOGIA Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS RECOMENDAÇÕES DE PROJETO 1 Avalie e respeite o fluxo de carga ao posicionar um cordão de solda 2 Evite colocar as soldas em flexão Posicione os cordões para que sofram essencialmente tração e cisalhamento se possível 3 Evite aplicar cargas de tração através da espessura de uma peça 4 Onde ocorrem mudanças de tamanho faça uma transição cônica 10 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNÇÃO DE TOPO JPC As tensões normais e cisalhantes médias podem ser obtidos por Observe que o valor de h não inclui o reforço que é utilizado para compensar possíveis falhas e produz concentrações de tensões L L adm L h F adm L h F 11 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS CISALHAMENTO As figuras abaixo ilustram um modo de carregamento típico que gera tanto tensões cisalhantes como tensões normais Uma equação considerada conservadora é adotada para este caso h L F 0 707 Garganta 12 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS TORÇÃO Quando numa solda é aplicada uma torção a tensão de corte é o resultado vetorial da tensão de corte direto primário e da tensão de corte de torção secundário Assim a reação nos apoios da viga é uma força cisalhante V e um momento M Tensões nos filetes de solda A força cisalhante causa um cisalhamento primário nas soldas 2 2 0 707 1 1 h L h L A h1 h2 L1 L2 A V 13 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS O momento causa uma torção cujo valor será Sendo r distância do centróide do grupo de soldas até o ponto de interesse Geralmente este ponto é aquele que está mais distante do centróide J momento polar de inércia do grupo de soldas em relação ao centro de gravidade do grupo Geralmente a cota h de um cordão de solda é muito menor que L Assim cada cordão de solda pode ser considerado como sendo uma linha Neste caso o momento de inércia unitário resultante Ju independe das dimensões da solda Considerando que a garganta da solda é 0707h podese estabelecer uma relação entre os momentos de inércia como J M r h Ju J 707 0 h Ju r M 0 707 14 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 15 polar Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS polar 16 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS FLEXÃO Uma barra soldada a um suporte é solicitada mediante um esforço de flexão O diagrama de corpo livre mostra uma reação de corte V e uma reação M devido ao momento fletor A reação de corte provoca uma tensão de corte primária A V 2 2 0 707 1 1 b h b h A 17 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS O momento M produz uma tensão cisalhante na garganta da solda equivalente a 0707 Tratando os cordões de solda como linhas é possível obter o momento de inércia de segunda ordem unitário assim Assim como o momento polar de inércia o momento de inércia de segunda ordem se relaciona com o unitário assim Desta forma a tensão de cisalhamento secundária na garganta da solda é dada por 2 b d2 Iu uI h I 707 0 uI h c M 0 707 I M c 18 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 19 A 1414hb Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 20 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 21 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 22 DIMENSÕES DE SOLDA FLEXÃO TORÇÃO Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 23 DIMENSÕES DE SOLDA FLEXÃO TORÇÃO Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 24 DIMENSÕES DE SOLDA FLEXÃO TORÇÃO Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS RESISTÊNCIA DOS ELETRODOS A compatibilidade de propriedades entre o material do eletrodo com relação ao material de base deve ser observada assim como a habilidade do operador e o aspecto geral da junta soldada A tabela abaixo especifica as propriedades de alguns tipos de eletrodo 25 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS RESISTÊNCIA DOS ELETRODOS O Instituto Americano de Construção de Aço AISC publicou uma série de normas com recomendações para a construção civil com enfoque em juntas soldadas A tabela abaixo indica tensões admissíveis para diferentes tipos de carregamentos aplicados em juntas soldadas 26 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS RESISTÊNCIA DOS ELETRODOS O AISC também indica os fatores de concentração de tensão apresentados na tabela abaixo para carregamentos em fadiga 27 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 28 Nmm Nmm Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS BRASAGEM Uma operação parecida e confundida com soldagem é a brasagem Neste caso ocorre que as peças nunca se fundem ao contrário do primeiro processo Consiste na união de metais através do aquecimento abaixo da temperatura de fusão dos mesmos adicionandose uma liga de solda metal de adição no estado líquido a qual penetra na folga entre as superfícies a serem unidas Ao se resfriar a junta formada tornase rígida e resistente Ao contrário da soldagem o material de adição ou de brasagem é diferente e tem um ponto de fusão mais baixo do que o material de base que está sendo soldado A temperatura de liquefação do material de base não é atingida 29 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS Comparação entre soldagem e brasagem Vantagens da soldagem em relação a brasagem Maior resistência sob elevadas temperaturas de atuação Praticamente sem limitações sobre a dimensão das peças Menor preparação das partes Metal de adição de menor custo Vantagens da brasagem em relação a soldagem Menores tempo de operação consumo de energia modificação da estrutura do metal tensão de resfriamento e deformação Pequena ou nenhuma necessidade de acabamento posterior Permite a junção de peças de pequenas dimensões e de difícil acesso e penetração Maior facilidade na disjunção quando necessário Possibilidade de união de uma gama diversificada de materiais dissimilares Faz uso do fenômeno da capilaridade 30 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS Falhas em juntas brasadas 31 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS A união por adesivos é um método pelo qual diferentes materiais podem ser unidos para formar uma montagem sendo uma alternativa à maioria dos métodos tradicionais de união O uso de colas é descrito em passagens do Egito antigo na Bíblia e em documentos da Idade Média que contém receitas para sua fabricação Porém os grandes avanços na área se deram a partir do século XX com o advento dos adesivos sintéticos DEFINIÇÕES BÁSICAS Uma montagem feita com adesivo é chamada de junta colada Os materiais sólidos numa junta colada são chamados de aderentes e o fenômeno que permite o adesivo transferir carga para os aderentes é conhecido como adesão Adesivos mono componente dependem da temperatura para curar Adesivos bi componente promovem a cura quimicamente 32 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS 33 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS 34 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS Ensaio de Tração conforme ASTM D 1002 Resistência ao cisalhamento de juntas coladas pode ser obtida por meio de ensaios de tração de corpos de prova unidos de forma sobreposta conforme a norma ASTM D1002 ilustrado abaixo Tais ensaios permitem não apenas a determinação da resistência ao cisalhamento da junta colada mas também a análise do seu modo de falha que é tão ou mais importante Os corpos de prova são de alumínio com superfície devidamente atacada por processo químico definido na norma Corpos de prova de alumínio Adesivo 35 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS Ensaio de Tração conforme ASTM D 1002 Valores típicos de resistência de cisalhamento em colas estão entre 2 e 40 MPa Existem dois tipos de falha característico em juntas coladas falha adesiva e falha coesiva Quando a falha é do tipo adesiva a cola deixa completamente uma das superfícies do substrato Isto acontece quando a resistência adesiva de certo material é menor do que a sua resistência coesiva No caso de falhas coesivas a resistência da cola em si não é suficientemente grande para suportar as forças aplicadas a ela deixando partes da cola em ambos substratos Falha coesiva Falha adesiva 36 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS Ensaio de Tração conforme ASTM D 1002 37 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS PROJETO DE JUNTAS COLADAS 38 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS 39 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS 40 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS Original Melhorada Original Melhorada 41 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS JUNTAS COLADAS 42 Prof Eng Mec Vagner Grison MEC0287 PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 UNIÕES SOLDADAS Referências Bibliográficas NORTON Robert L Projeto de Máquinas 2004 SHIGLEY J E Mishcke CR Projeto de Engenharia Mecânica 2006 POCIUS Alphonsus Adhesion and Adhesives Technology An Introduction 2002 wwwepotekcomsite wwwpomacomunzeba 43