Notas de Aula UFPA - Soldagem - Elementos de maquinas

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ELEMENTOS DE MÁQUINAS
BELÉM
2022
Prof. Giovanni de Souza Pinheiro
SOLDAGEM
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Faculdade de Engenharia Mecânica
INTRODUÇÃO: 
Soldagem é o processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição” (American Welding Society- AWS). 
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INTRODUÇÃO: 
A grande vantagem da soldagem é a possibilidade de obter uma união em que os materiais têm uma continuidade não só na aparência externa, mas também nas suas características e propriedades mecânicas e químicas, relacionadas à sua estrutura interna.
Elementos de Máquinas
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Simbologia de chanfros
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Principais elementos de um chanfro:
Face da raiz ou nariz (s): Parte não chanfrada de um componente da junta;
Abertura da raiz, folga ou fresta (f): Menor distância entre as peças a soldar;
Ângulo de abertura da junta ou ângulo de bisel (β): Ângulo da parte chanfrada de um dos elementos da junta;
Ângulo de chanfro (α): Soma dos ângulos de bisel dos componentes da junta.
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Zonas de uma junta soldada: 
Cobre-junta ou mata-junta: Peça colocada na parte inferior da solda (raiz) que tem por finalidade conter o metal fundido durante a execução da soldagem;
Zona fundida (ZF): Constituída pelo metal de solda, que é a soma da parte fundida do metal de base e do metal de adição;
Zona termicamente afetada (ZTA): Região do metal de base que tem sua estrutura e/ou suas propriedades alteradas pelo calor de soldagem
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Soldabilidade é a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formar em uma série contínua de soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais;
O principal fator que afeta a soldabilidade dos materiais é a sua composição química;
Outro fator importante é a capacidade de formar a série contínua de soluções sólidas entre um metal e outro;
Assim, devemos saber como as diferentes ligas metálicas se comportam diante dos diversos processos de soldagem;
SOLDABILIDADE
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SOLDABILIDADE – ALTA OU BAIXA?
Se o material a ser soldado exigir muitos cuidados, tais como:
Controle de temperatura de aquecimento e de interpasse, ou tratamento térmico após a soldagem, por exemplo, dizemos que o material tem baixa soldabilidade.
Por outro lado, se o material exigir poucos cuidados, dizemos que o material tem boa soldabilidade.
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Resistência de juntas soldadas:
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Exercício:
Soldagem:
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Exercício:
Soldagem:
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Exercício:
Soldagem:
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Exercício:
Soldagem:
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Exercício:
Soldagem:
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Juntas de chanfro e de filete são mais usuais em projetos mecânicos;
A resistência de uma JPP depende da profundidade da garganta;
Soldas de filete são definidas pelo comprimento de sua perna, w, mas a resistência da solda é limitada pela dimensão da garganta, t;
UNIÕES SOLDADAS:
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Soldas de filete são orientadas, geralmente, a 45° entre duas chapas ortogonais, mas podem unir peças a qualquer angulo. 
Se as peças unidas são ortogonais e o filete está a 45°, então a garganta, t, é 0,707 vez a dimensão, w, da perna;
A área total de solda é a altura da garganta, t, vezes o comprimento do cordão, a área de fusão, que determina onde o cordão se separa do material-base, é a largura, w, vezes o comprimento do cordão em cada lado do filete de solda; 
A tensão em cada lado da área de fusão pode ser a mesma ou diferente, dependendo do carregamento na peça.
UNIÕES SOLDADAS:
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Tão importante quanto prestar atenção à geometria da solda é considerar o tamanho do cordão quando se deseja ter sucesso no projeto;
É também muito importante arranjar as soldas de modo que um caminho de carga seguro e sensível exista para levar as cargas aplicadas aos seus pontos de reação;
UNIÕES SOLDADAS:
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Se pudermos evitar o carregamento em flexão nas soldas, o carregamento será normalmente de tração/compressão ou cisalhamento direto:
Em ambos os casos, P é a carga aplicada e A ou Acis é a área do cordão de solda.
Para uma junta de topo com JPC em tração ou compressão, a área da garganta é igual à menor seção transversal da união. 
Para uma junta JPP, ou filete, em tração/ compressão ou em cisalhamento, a área é simplesmente a dimensão t da garganta vezes o comprimento do cordão.
CARREGAMENTO ESTÁTICO DE UNIÕES SOLDADAS:
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A direção do carregamento versus a direção do eixo do cordão tem um efeito significante na resistência do cordão de solda.
Cordões carregados ortogonalmente (transversalmente) ao eixo do comprimento têm resistência 50% maior que a mesma solda carregada no sentido longitudinal ao eixo do cordão;
Isso se deve, em parte, à garganta efetiva do cordão transversal entre duas partes ortogonais, sendo a 67,5° versus 45°, quando carregadas longitudinalmente. O plano de 67,5° tem 30% mais área em cisalhamento.
CARREGAMENTO ESTÁTICO DE UNIÕES SOLDADAS:
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Para o carregamento estático, a AWS recomenda que as tensões cisalhantes nos cordões ou em juntas JPP sejam limitadas a 30% da resistência à tração do eletrodo, Exx.
Este valor tem um fator de segurança mínimo embutido de 2,21 a 4,06 para muitos carregamentos de solda, usando eletrodos revestidos de E60xx até E110xx em ensaios exaustivos.
CARREGAMENTO ESTÁTICO DE UNIÕES SOLDADAS:
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Exercício:
Uma seção Tê de 0,5 in de espessura por 4 in de largura, de
aço ASTM A36 laminado a quente em ambas as pernas, como mostrado na Figura 16-11, será soldada em ambos os lados. Determine a dimensão da garganta, t, necessária.
O Tê é estaticamente carregado em tração no centro da alma com P = 16.800 lb atuando no furo de diâmetro 1 in. A resistência do aço ASTM A36 é dada na Tabela 16-3.
CARREGAMENTO ESTÁTICO DE UNIÕES SOLDADAS:
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Solução:
A Tabela 16-3 fornece a resistência do material das chapas como 58-80 kpsi.
Seleciona-se um eletrodo com aproximadamente a mesma resistência. O mais próximo disponível é um E70 com 70 kpsi de resistência à tração.
Determine a resistência admissível baseado em 30% do valor do eletrodo Exx para este eletrodo;
Determine a área em cisalhamento na garganta necessária para limitar a tensão com esse valor;
CARREGAMENTO ESTÁTICO DE UNIÕES SOLDADAS:
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Solução:
Determine a dimensão da garganta dos dois cordões inteiros de solda (um para cada lado da união).
Converta a dimensão da garganta, t, para a dimensão da perna, w, assumindo um cordão com pernas iguais em uma união em ângulo (Tê) a 90°.
A Tabela 16-2 indica que uma peça com espessura de 0,5 polegada necessita ao menos de um cordão com perna de 3/16” de largura, assim aumente a dimensão da perna para 0,187 polegada.
CARREGAMENTO ESTÁTICO DE UNIÕES SOLDADAS:
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Solução:
Existem duas áreas de interesse, as áreas entre o cordão e a base, marcadas com ‘A’, que estão em tração, e as áreas entre o cordão e a alma, marcadas com ‘B’, que estão em cisalhamento.
Uma vez que ambas têm a mesma área total e a resistência ao cisalhamento é aproximadamente a metade da resistência à tração, nós precisamos apenas verificar o cisalhamento nas áreas ‘B’ contra a falha.
A resistência mínima ao escoamento do material da chapa determinada a partir da Tabela 16-3 é 36 kpsi.
CARREGAMENTO ESTÁTICO DE UNIÕES SOLDADAS:
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Componentes carregados dinamicamente falham em níveis de tensão muito abaixo daqueles em componentes sujeitos a cargas estáticas.A presença da componente de tensão média em adição à componente de tensão alternada torna a situação pior e requer uma análise utilizando os critérios de Goodman, Gerber ou Soderberg.
No entanto, Soldas carregadas dinamicamente comportam-se de forma surpreendentemente diferente de peças não soldadas, o que torna a tensão média irrelevante para a sua potencial falha por fadiga.
CARREGAMENTO DINÂMICO DE SOLDAS:
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O intervalo de tensão é o único fator determinante na falha dinâmica de soldas dinamicamente carregadas.
O intervalo de tensão que uma solda experimenta em um ciclo é comparada a uma variação de tensão para a resistência à fadiga, , obtida a partir de ensaios.
O limite de vida em fadiga é definido como Se’ = 0,5 Sut
A resistência de uma soldagem à fadiga também irá variar de acordo com a presença ou ausência de interrupções na geometria do conjunto e dos cordões, os quais criam concentrações de tensão.
na tabela a seguir são sugeridos para uso alguns fatores de concentração de tensão de fadiga. Esses fatores devem ser utilizados para o metal original bem como para o metal de solda 
CARREGAMENTO DINÂMICO DE SOLDAS:
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A AISC definiu e testou muitas configurações diferentes de solda e, baseado na resistência à fadiga do material-base, agrupou-as em oito categorias identificadas como A, B, B', C, D, E, E' e F em ordem decrescente de resistência ao carregamento dinâmico.
CARREGAMENTO DINÂMICO DE SOLDAS:
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CARREGAMENTO DINÂMICO DE SOLDAS:
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Exercício:
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Exercício:
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FIM
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