14.2 RELATÓRIO DE ENSAIO DE DOBRAMENTO 90

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO E TÉCNICAS FUNDAMENTAIS
ANGELO JUNIOR
GORY IRLEI
IAN PASSOS
LUIS FERNANDO
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RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
ENSAIO DE DOBRAMENTO COM AÇOSAE 1045-1
Ouro Preto - MG
12 de Novembro de 2014
ANGELO JUNIOR
GORY IRLEI
IAN PASSOS
LUIS FERNANDO
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RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
ENSAIO DE DOBRAMENTO COM AÇO SAE 1045-1
Relatório técnico para a disciplina de Ensaios Mecânicos do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Ouro Preto. Professora Dra. Margarida Marcia Fernandes Lima.
Ouro Preto – MG
12 de Novembro de 2014
Objetivos
Realizar ensaios de dobramento em amostras de diferentes materiais para, através de um esforço de flexão sobre o corpo de prova, caracterizar qualitativamente a ductilidade do material a fim de verificar a qualidade da amostra através da análise de sua superfície observando se houve o aparecimento de trincas, fendas e/ou fraturas para definir a aprovação do material.
 
Revisão bibliográfica
A determinação das propriedades mecânicas de um material metálico é realizado através de ensaios destrutivos ou não-destrutivos, onde o primeiro promove a ruptura e/ou a inutilização do material para o seu estudo enquanto o segundo visa apenas a determinação de algumas propriedades físicas do metal, bem como falhas internas, sem a necessidade de inutilizar o metal.
Dentre os ensaios destrutivos destacam-se os ensaios mecânicos, isto é, ensaios realizados com a aplicação de ume esforço sobre um material para determinação da sua resistência, ductilidade e outras propriedades mecânicas. Entres esses tipos de ensaio se encontra o ensaio de dobramento onde, através da aplicação do esforço de torção ou de flexão testa, qualitativamente, o material.
O ensaio de dobramento consiste, de modo geral, em dobrar um corpo de prova por intermédio de um cutelo que aplica um esforço de flexão no centro do corpo de prova até que seja atingido um ângulo de dobramento “a” específico, como mostrado na Figura 01, de maneira a fornecer uma indicação qualitativa da ductilidade do material.
Figura 01 - Esquema de ensaio de dobramento
O corpo de prova para o ensaio pode apresentar qualquer tipo de seção, seja circular (Figura 02-a), quadrada (Figura 02-b) ou retangular (Figura 02-c), desde que possa ser assentado entre dois apoios afastados a uma distância específica estabelecida em norma.
Figura 02 - Tipos de corpos de prova
O ensaio de dobramento, quando feito de maneira comum não determina nenhum valor numérico, porém existem variações do ensaio que permitem obter valores de certas propriedades mecânicas do material, mas como na maioria das vezes a carga não importa e não precisa ser medida o cutelo utilizado passa a ter muita importância.
Um cutelo pode apresentar diferentes formatos e tamanho, mas para o ensaio de dobramento o mais comum é o de ponta esférica onde se varia apenas o diâmetro conforme a severidade do ensaio, sendo também indicado nas especificações, em função das características do corpo de prova, como diâmetro ou espessura.
A variação do diâmetro do cutelo se dá na ordem inversa da severidade do ensaio, isto é, quanto mais severo for o procedimento, menor será o seu diâmetro sendo que todo o processo é padronizado e indicado nas especificações da norma para o ensaio, mas também existem ensaios de dobramento que podem ser feitos sem o cutelo, denominado “dobramento sobre si mesmo”, onde se comprime o corpo de prova livre.
A angulação, conforme expressa na Figura 03, é outro fator que determina a severidade do ensaio de dobramento, isto porque, quanto maior o ângulo, mais se exige da ductilidade e outras propriedades do material. Os ângulos para isso são de 90º, 120º ou 180º, que possibilitam o exame a olho nu da zona tracionada do corpo de prova em busca de defeitos.
Figura 03 - Partes de um ensaio de dobramento
Dentre os possíveis ângulos se destaca o ensaio a 180º, isto porque ele pode ser realizado em uma só etapa, caso se tenha um cutelo com o diâmetro especificado pela norma adotada ou em duas etapas, quando o diâmetro do cutelo exigido é muito pequeno ou até nulo e usa-se o menor cutelo que se dispõe para iniciar o ensaio até um ângulo pré-determinado seguido da etapa de compressão do corpo de prova, até fechá-lo completamente, de modo a atingir o ângulo de 180º, como mostra a Figura 04.
Figura 04 - Dobramento em duas etapas
É importante ressaltar que, sendo o ensaio de dobramento um ensaio que fornece indicações qualitativas, a peça examinada será julgada de acordo com o aparecimento de defeitos, isto é, caso existam fendas, fissuras, trincas ou qualquer outra imperfeição que desqualifique a peça após o ensaio significa que o material não foi aprovado.
Uma das grandes vantagens do ensaio de dobramento é poder ser realizado em uma só etapa e em qualquer direção do corpo de prova, considerado assim como um ensaio localizado que fornece a indicação da ductilidade em qualquer região desejada do material.
Para o ensaio de dobramento ainda existem algumas variantes são elas:
O dobramento livre (Figura 05), que se inicia com uma aplicação de carga lateral através do cutelo seguido da deformação induzida pela aproximação forçada das extremidades do corpo de prova. Dessa forma tem-se a aplicação de força nas extremidades do corpo de prova, sem aplicação na zona tracionada. Vale ressaltar que para este tipo de dobramento pode haver ou não a presença de apoios, desde que não restrinjam o movimento do corpo de prova derivado do ensaio.
O dobramento semiguiado, onde uma das extremidade é engastada de modo que o dobramento seja efetuado na outra extremidade ou outro local do corpo de prova, podendo todo o processor ser dividido em duas etapas, a primeira guiada pelo cutelo e a segunda como dobramento livre.
O dobramento guiado (Figura 06), onde se utiliza um sistema de cutelos e uma matrizes ou um sistema de enrolamento em torno de um cutelo fixo que, em ambos os casos, forçam o corpo de prova afim de deformá-lo dentro de um espaço e forma pré-determinada, uma vez que os apoios limitam todo e qualquer movimento indesejado do corpo de prova. Logo a força é exercida de forma localizada na área a ser examinada. Em alguns casos, para o aumento da severidade do ensaio deve-se lubrificar bem os apoios para eliminar ao máximo o atrito, que provocaria tracionamento indevido o corpo de prova.
Figura 05- Dobramento livre Figura 06 - Dobramento guiado
 Aplicações do ensaio de dobramento
Ensaio de dobramento em barras para construção civil
Para a construção civil o ensaio de dobramento é de extrema importância, uma vez que na sua aplicação prática a barra poderá sofrer todo tipo de esforço, inclusive, de flexão e compressão. Assim, o ensaio é utilizado para garantir a qualidade e segurança da construção.
Para o caso particular de ensaio de dobramento para construção civil existe uma especificação brasileira, criada em 1980, denominada EB-3. Essa especificação divide as barras para construção civil em várias categorias (CA-25, CA-32, CA-40, CA-50 e CA-60) a fim de especificar o cutelo a ser utilizado em para cada uma, sendo a categoria de número mais baixo (CA-25) formada por metais mais dúcteis dobrados sobre cutelos de menor diâmetro, e a categoria de número mais alto (CA-60) formada por barras mais resistentes. Definido o cutelo, o ensaio é feito até se atingir o ângulo de 180º.
O dobramento realizado para barras para a construção civil visa, como todo e qualquer ensaio, simular situações reais pelas quais a peça passará durante sua vida, sendo assim, ele é do tipo guiado ou semiguiado e o resultado do ensaio é o aparecimento ou não de fissuras, fendas e outros defeitos na zona tracionada do corpo de prova. Logo, se após o ensaio detectar-se algum defeito, o material é reprovado, caso contrário, aprovado. Entretanto, aconselha-se ainda oensaio de tração nas barras, ainda de acordo com a EB-3, para garantir o resultado dentro da especificação.
Ensaio de dobramento em corpos de prova soldados
O ensaio de dobramento em corpos de prova soldados é realizado, na maioria das vezes, para a qualificação de soldadores e de processos de solda, podendo ser do tipo livre ou guiado, dependendo do seu objetivo, mas para avaliar a qualidade de solda utiliza-se o ensaio do tipo livre, seguindo as normas que especificam, 1,5 vezes da sua espessura, e dobrado sempre até 180º.
O alongamento das fibras externas é realizado, tomando-se o comprimento inicial, L0, igual à largura da solda, como expressa na Figura 07, e, para este tipo de ensaio em soldas, utiliza-se um cutelo especifico, exemplificado na onde ele apresenta uma abertura proposital para não tocar a zona soldada durante o primeiro estágio do dobramento.
Figura 07 - Alongamento em corpo de prova soldado
A observação de fissuras ou fendas na zona tracionada é a mesma para todos os ensaios de dobramento, exceto para corpos de prova soldados, onde as fendas ou fissuras podem aparecer em suas arestas, desde que não demonstrem que esses defeitos são provenientes de inclusões de escória ou outros defeitos internos corridos durante a soldagem. Também fissuras com largura inferior a 1.5mm não são consideradas como defeitos que condenam a qualidade da solda.
Para o dobramento guiado para corpos de prova soldados possuem cinco variações:
Dobramento Lateral Transversal: a solda é perpendicular ao eixo longitudinal do corpo de prova que será dobrado até que uma das superfícies laterais torne-se a superfície convexa do corpo de prova, Figura 08-a;
Dobramento transversal de face: a solda é perpendicular ao eixo longitudinal do corpo de prova que é dobrado de modo a que a face da solda fique tracionada, Figura 08-b;
Dobramento transversal de raiz: a solda é perpendicular ao eixo longitudinal do corpo de prova o qual é dobrado de modo a que a raiz da solda fique tracionada, Figura 08-c;
Dobramento longitudinal de face: a solda fica em paralelo ao eixo longitudinal do corpo de prova, ficando a face tracionada, Figura 08-d;
Dobramento longitudinal de raiz: a solda fica em paralelo ao eixo longitudinal do corpo de prova, ficando a raiz tracionada, Figura 08-d.
Figura 08 -Dobramento guiado para corpos de prova soldados
E para todos esses os resultados são avaliados pela aparição ou não de fendas, fissuras ou ruptura na zona tracionada do corpo de prova da mesma forma explicada para o dobramento livre, utilizando porem, para estes métodos, um filete ou topo para a soldagem das chapas ou dos tubos.