Elementos de Máquinas I Elementos de União (Soldagem)

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Departamento de Engenharia Mecânica
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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a
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1.1.DEFINIÇÕES USUAIS
" d i d i f "
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õ
e
s
 
S
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d "Processo de união de metais por fusão". 
(não só metais e não apenas por fusão)
"U iã d d i d j t ld d
a
s
 
I
 
–
U
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i "União de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, 
a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas".
(é possível soldar materiais diferentes)
M
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a
"Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na 
região de contato entre as peças que estão sendo unidas, de 
ligações químicas de natureza similar às atuantes no interior dos
e
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s
 
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 ligações químicas de natureza similar às atuantes no interior dos
próprios materiais."
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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1.1.DEFINIÇÕES USUAIS (cont.)
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s
 
S
o
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d
AWS – American Welding Society
“É a técnica de reunir duas ou mais partes constitutivas de um todo
a
s
 
I
 
–
U
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i É a técnica de reunir duas ou mais partes constitutivas de um todo, 
assegurando entre elas a continuidade geométrica, as características 
mecânicas, metalúrgicas e químicas do material.”
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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s
1.2. Formação da Junta Soldada
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–
U
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Idealmente, a soldagem ocorre pela aproximação das superfícies das peças a uma distância 
suficientemente curta para a criação de ligações químicas entre os seus átomos. 
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s
 
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Este efeito pode ser observado, por exemplo, quando dois pedaços de gelo são colocados 
em contato.
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Porque não acontece a solda ?
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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1.2. Formação da Junta Soldada
Partículas de poeira A criação de ligações químicas
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s
 
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ionizadas
Gordura
Umidade
A criação de ligações químicas 
entre os seus átomos é dificultada 
pela:
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i Umidade
Óxido
Gás absorvido- rugosidade microscópica,
- camadas de óxido, 
umidade
M
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a Metal + Óxido- umidade, 
- gordura, 
poeira
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Metal- poeira, 
- outros contaminantes existentes 
em toda superfície metálica.
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
d
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s
1.2. Formação da Junta Soldada
Esta dificuldade é superada de duas formas principais:
i
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e
s
 
S
o
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d Esta dificuldade é superada de duas formas principais:
- Deformar as superfícies em contato e
- Aquecer localmente a região a ser soldada até a sua fusão
a
s
 
I
 
–
U
n
i - Aquecer localmente a região a ser soldada até a sua fusão.
Assim, os diferentes processos de soldagem podem ser agrupados
M
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em dois grandes grupos baseando-se no método dominante de se 
produzir a solda:
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- processos de soldagem por PRESSÃO (ou por deformação)
- processos de soldagem por FUSÃO.
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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s
1.2. Formação da Junta Soldada
- processos de soldagem por pressão (ou por deformação)
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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s
1.2. Formação da Junta Soldada - processos de soldagem por fusão.
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Soldagem por resistência a ponto (a) e 
costura (b). (I - corrente de soldagem). Soldagem manual a arco.
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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s
1.2. Formação da Junta Soldada - processos de soldagem por fusão.
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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s
1.3. Vantagens e Desvantagens de Uniões Soldadas
VANTAGENS DESVANTAGENS
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s
 
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d
1. Juntas de integridade e eficiência elevadas; 
2. *Maior resistência e menor peso (maior seção); 
3. Grande variedade de processos;
1. Não pode ser desmontada – PERMANENTE; 
2. Pode afetar microestrutura e propriedades das partes; 
a
s
 
I
 
–
U
n
i 3. Grande variedade de processos;
4. Aplicável a diversos materiais; 
5. Operação manual ou automática; 
6. Pode ser altamente portátil;
3. Pode causar distorções e tensões residuais; 
4. Requer considerável habilidade do operador; 
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7. *Juntas contínuas e estanques (isentas de vazamentos); 
8. Custo, em geral, razoável; 
9. *Junta não apresenta problemas de perda de aperto. 
5. Pode exigir operações auxiliares de elevado custo e duração; 
(ex.: tratamentos térmicos) 
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6. Estrutura resultante é monolítica e pode ser sensível a falha 
total. 
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4. Uniões Soldadas
1. INTRODUÇÃO
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s 1.4. O estudo de soldagem se divide basicamente, em 3 tópicos:
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A) Processo de Soldagem;
B) Tecnologia de Soldagem;
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C) Dimensionamento e Projeto de Peças e Estruturas Soldadas.
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4. Uniões Soldadas
A) Processos de Soldagem (Existem cerca de 50 processos catalogados pela AWS.)
d
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134. Uniões Soldadas
B) Tecnologia de Soldagem
d
a
d
a
s
B) Tecnologia de Soldagem
Envolve o estudo dos aspectos metalúrgicos, físicos e químicos da solda. 
i
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e
s
 
S
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d
Estudos envolvendo a tecnologia, em conjunto com os processos de soldagem, 
permitem a especificação da união soldada mais adequada e com as propriedades 
mecânicas e físicas desejadas.
a
s
 
I
 
–
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mecânicas e físicas desejadas.
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a C) Dimensionamento e Projeto de Peças e Estruturas Soldadas
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4. Uniões Soldadas
2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA
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a
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a
s
Esquema da seção 
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metal de 
b
solda
transversal 
de uma solda de topo 
por fusão
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i base
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Seção transversal de uma solda de topo 
por fusão
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4. Uniões Soldadas
2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA
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Zonas afetadas pelo 
calor no processo de 
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e
soldagem
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4. Uniões Soldadas
2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA
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a
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x i d
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C o
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Perna do filete
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Largura do
cordão
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Face do filete
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Perna do filete
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Raiz da soldaRaiz da solda
N l t d l iõ d ld d t fil t
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e Nomenclatura de algumas regiões de soldas de topo e filete.
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4. Uniões Soldadas
2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA
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a
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4. Uniões Soldadas
2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA 
d
a
d
a
s
- Exemplos de formas de sulco.
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a) Junta em “T” b) Juntas em “U’e ‘J”
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l
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e a) Junta em T b) Juntas em U e J
c) Junta de canto (carga pesada) d) Junta de canto (carga leve)
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4. Uniões Soldadas
2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA 
d
a
d
a
s
- Exemplos de sulcos para soldas de topo.
a) quadrado em ambos os lados
i
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s
 
S
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d a) quadrado em ambos os lados.
b) em “V” 60º, abertura 2 mm. 
a
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I
 
–
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c) duplo “V”.
d) chanfro de 45º. 
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4. Uniões Soldadas
3. TIPOS DE JUNTAS
SOLDADAS
60 a 80o
d
a
d
a
s
SOLDADAS
Junta de Topo com flange (a) (a)
i
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e
s
 
S
o
l
d
Junta de Topo reta
(b)
Junta de Topo em "V" (a) 
 e duplo "V" (b)
(b)
Junta de Topo em "U" (a) 
 e duplo "U" (b)
a
s
 
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–
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Junta sobreposta
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Junta sobreposta
Junta de canto
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Juntas em "T"
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4. Uniões Soldadas
3. TIPOS DE JUNTAS SOLDADAS (cont.)
d
a
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s
4
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Indica solda em toda a volta
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Indica o tamanho da perna
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4. Uniões Soldadas
4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO
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a
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a
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a
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4. Uniões Soldadas
4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.)
d
a
d
a
s
Tabela 1 - Preparação recomendada para juntas de topo
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4. Uniões Soldadas
4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.)
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a
d
a
s
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s
 
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d
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s
 
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Uniões soldadas 
para mancais 
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e/ou flanges.
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4. Uniões Soldadas
4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.)
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a
d
a
s
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4. Uniões Soldadas
4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.)
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a
d
a
s
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a
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4. Uniões Soldadas
4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.)
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a
d
a
s
- Não fazer o cruzamento
de filetes
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O fl f d ( ) é
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s
 
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 O flange conformado (a) é 
preferível do que o composto (b). (a)(b)
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4. Uniões Soldadas
4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.)
d
a
d
a
s União de chapas em “L”
ã (b) é f í l
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d - a opção (b) é preferível.
a
s
 
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(a)
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a
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(b)
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4. Uniões Soldadas
5. TENSÕES ATUANTES e MOMENTOS DE INÉRCIA
d
a
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a
s Tipos de tensões mais comuns atuantes em filetes de solda:
M
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- Flexão I
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⋅=σ
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- Torção
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⋅=τ ?
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- Tração/compressão
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Tr =σ
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d
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- Cisalhamento
A
F
C =τ ?
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4. Uniões Soldadas
5. MOMENTO DE INÉRCIA
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a
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a
s
Filete de solda Área da garganta Localização do CG Segundo momento polar 
de inércia unitário
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Tabela 9.1 - pág. 492 - Propriedades torcionais dos filetes.
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4. Uniões Soldadas
5. Momento de Inércia (cont.)
d
a
d
a
s
Filete de solda Área da garganta Localização do CG Segundo momento polar 
de inércia unitário
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Tabela 9.1 - pág. 492 - Propriedades torcionais dos filetes.
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4. Uniões Soldadas
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a
d
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Tabela 9.2, pág. 496 
Propriedades de flexão 
dos filetes.
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4. Uniões Soldadas Tabela 9.2 - pág. 496 - Propriedades de flexão dos filetes.
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a
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Tabela 9.2, pág. 496 -
Propriedades de flexão 
dos filetes (cont.).
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4. Uniões Soldadas
5. MOMENTO DE INÉRCIA
d
a
d
a
s
uIhI ⋅⋅= 707.0
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s
 
S
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d
uJhJ ⋅⋅= 707.0
a
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I
 
–
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onde: h→ perna da solda [mm]
Iu→ momento de inércia unitário [mm3]
M
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Ju→ momento polar de inércia unitário [mm3]
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4. Uniões Soldadas
6. FADIGA EM JUNTAS SOLDADAS
d
a
d
a
s
Se = ka x kb x kc x kd x ke x kf x ... x Se’
Se’ = 0.5 x SutId
i
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S
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d
Se 0.5 x Sut
*
1
kf
ke =
Idem
a
s
 
I
 
–
U
n
i kf
A b S f l f did f j d
dimensão característica = perna da solda (h)
M
á
q
u
i
n
a Acabamento Superficial = fundido ou forjado
TIPO DE SOLDA k *
e
n
t
o
s
 
d
e
 
Tabela 9 5 pág 498
TIPO DE SOLDA kf* 
Solda de topo reforçada 1.2 
Ponta de solda de filete transversal 1.5 
E
l
e
m
e Tabela 9.5, pág. 498
Fatores de Concentração
de Tensões de Fadiga – kf*
Extremidade de solda paralela 2.7 
Solda de topo em “T” com cantos aguçados 2.0 
 
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6. FADIGA EM JUNTAS SOLDADAS
d
a
d
a
s
Tabela 9.4 – pág. 498
Tensões permitidas para o metal de solda e coeficientes de segurança
i
õ
e
s
 
S
o
l
d
CS*
a
s
 
I
 
–
U
n
i
M
á
q
u
i
n
a
e
n
t
o
s
 
d
e
 
E
l
e
m
e
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4. Uniões Soldadas
6. FADIGA EM JUNTAS SOLDADAS
d
a
d
a
s
Tabela 9.3 – pág. 498
Propriedades Mecânicas dos eletrodos
i
õ
e
s
 
S
o
l
d
No do eletrodo
AWS 
Sut 
[MPa] 
Sy 
[MPa] 
Elongação
[%] 
a
s
 
I
 
–
U
n
i
E60xx 427 345 17-25 
E70xx 482 393 22 
E80 551 462 19
M
á
q
u
i
n
a E80xx 551 462 19
E90xx 620 531 14-17 
E100xx 689 600 13-16 
e
n
t
o
s
 
d
e
 
E120xx 827 737 14 
E
l
e
m
e
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7. EXERCÍCIOS
d
a
d
a
s
1. A tensão de cisalhamento admissível da solda mostrada abaixo é 140 MPa. 
Determine a força F que causaria a ruptura.
i
õ
e
s
 
S
o
l
d
F
a
s
 
I
 
–
U
n
i
6
F
M
á
q
u
i
n
a
5
0
e
n
t
o
s
 
d
e
 
60 100
10
E
l
e
m
e
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2 Determine a tensão máxima atuante no filete de solda do elemento de máquina
d
a
d
a
s
2. Determine a tensão máxima atuante no filete de solda do elemento de máquina
mostrado abaixo.
i
õ
e
s
 
S
o
l
d
8000 N
a
s
 
I
 
–
U
n
i
8
M
á
q
u
i
n
a
5
0
30
e
n
t
o
s
 
d
e
 400
30
E
l
e
m
e
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Uniões Soldadas
3. A figura abaixo mostra elementos de uma estrutura unidos por solda. 
d
a
d
a
s
Para um carregamento de 50 kN, determine: 
a) a tensão máxima atuante no filete de solda;
b) a tensão admissível da solda;
) l d i d d
i
õ
e
s
 
S
o
l
d c) o eletrodo mais adequado.
2006 6
y
a
s
 
I
 
–
U
n
i
50 kN
2006 6
x
M
á
q
u
i
n
a
100
6
e
n
t
o
s
 
d
e
 
56
190
E
l
e
m
e
6
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Uniões Soldadas
4. Para a estrutura soldada mostrada na figura abaixo determine os fatores
d
a
d
a
s
4. Para a estrutura soldada mostrada na figura abaixo determine os fatores
de segurança utilizados nos seguintes casos: 
a) Carga estática, F = 5000 N;
b) Carga variável e repetida, 0 < F < 5000 N.
i
õ
e
s
 
S
o
l
d
) g p ,
Dados: - Extremidade da solda paralela
- Material: Aço BS-070M20-HR
- Confiabilidade: 99%
a
s
 
I
 
–
U
n
i
5 k N
8y
Sut= 430 MPa
Sy = 215 MPa
HB = 140
M
á
q
u
i
n
a
x
5
14
1 4 30°
e
n
t
o
s
 
d
e
 
6
2
5
E
l
e
m
e
1060
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Uniões Soldadas
5. Determine a perna (h) mínima do filete de solda do elemento de máquina 
d
a
d
a
s
mostrado abaixo, sabendo que a carga F vale 10 kN e que sua tensão admissível 
é 660 MPa.
i
õ
e
s
 
S
o
l
d
50
h
a
s
 
I
 
–
U
n
i
4
0
h
M
á
q
u
i
n
a F
e
n
t
o
s
 
d
e
 
400
6 0°
E
l
e
m
e
10
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6. Calcular o coeficiente de segurança utilizado no filete de solda do elemento
d
a
d
a
s
f g ç f
de máquinamostrado abaixo.
DADOS: - tensão admissível: 350 MPa.
- cargas: F1 = 10 kN
i
õ
e
s
 
S
o
l
d
1
F2 = 40 kN
F1
a
s
 
I
 
–
U
n
i
6
1
M
á
q
u
i
n
a
8
0F2
e
n
t
o
s
 
d
e
 
120
60
E
l
e
m
e