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SEÇÃO DE ENSINO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO ESTRUTURAS METÁLICASESTRUTURAS METÁLICAS LIGAÇÕES SOLDADAS Maj Moniz de Aragão 1. Resistência do material da solda (pág. 11) 2. Coeficientes de ponderação (pág. 14)p ç 3. Cálculo de solda de entalhe (pág. 15) 4. Cálculo de solda de filete (pág. 18) õ5. Limitações da solda de filete (pág. 25) 6. Simbologia básica de solda (pág. 30) 7 Exercícios (pág 33)7. Exercícios (pág. 33) SOLDASOLDA “A ld é ti d iã l ê i d t i l btid f ã“A solda é um tipo de união por coalescência do material, obtida por fusão das partes adjacentes” Nos tipos mais empregados na indústria da construção, a fusão do aço é provocada pelo calor produzido por um arco voltaico entre um eletrodoprovocada pelo calor produzido por um arco voltaico entre um eletrodo tubular e o aço a soldar, havendo deposição do material do eletrodo. O material fundido deve ser isolado do ambiente para evitar a deposição de impurezas na solda. 2 LIGAÇÕES SOLDADASLIGAÇÕES SOLDADAS Vantagens Economia de material (área bruta = área líquida); Ligações “mais rígidas”; Facilidade para corrigir ou efetuar modificações;Vantagens Facilidade para corrigir ou efetuar modificações; Quantidade menor de peças; Melhor acabamento;; Energia elétrica suficiente Desvantagens Energia elétrica suficiente Maior tempo de montagem (fabricação) Dificuldade na desmontagemg Dificuldade na desmontagem Controle de qualidade Fadigag 3 PROCESSOS DE SOLDAGEMPROCESSOS DE SOLDAGEM Arco Elétrico com Eletrodo revestido:Arco Elétrico com Eletrodo revestido: SMAW - Shielded Metal Arc Welding F R J n d e s m a n n / U F A l e x a n d r e L a n O revestimento é consumido junto com o eletrodo transformando-se parte em gases e A u l a P r o f . A eletrodo, transformando se parte em gases inertes, parte em escória. R e f : N o t a s d e Ref: “Curso Básico de Estruturas de Aço”, Péricles Barreto de Andrade, Ed. IEA, 1994. PROCESSOS DE SOLDAGEMPROCESSOS DE SOLDAGEM Arco elétrico com fluxo no núcleo – o eletrodo é um MIG/MAG - o eletrodo é um arame sem O eletrodo é um fio metálico sem tubo fino preenchido com material que protege a poça de fusão revestimento e o arco voltaico e a proteção da poça de fusão é feita por revestimento e o arco voltaico e o metal fundido ficam isolados um gás lançado pela tocha de soldagem Ref: “Curso Básico de Estruturas de Aço”, Péricles Barreto de Andrade, Ed. IEA, 1994. pelo material granular Classificação Quanto à posição do material de solda em relação ao material base ÃSolda de FILETE (fillet) (80%) Solda de ENTALHE (groove weld) Solda de TAMPÃO (plug/slot) Ref: “Ligações em Estruturas Metálicas”, Instituto Brasileiro de Siderurgia, IBS/CBCA, 2004. 6 Classificação Tipos de Soldas de Filete e de Entalhe Ref: “Curso Básico de Estruturas de Aço”, Péricles Barreto de Andrade, Ed. IEA, 1994. 7 Classificação Quanto à posição relativa das peças soldadas (tipo de junta) (transpasse) Ref: “Curso Básico de Estruturas de Aço”, Péricles Barreto de Andrade, Ed. IEA, 1994. 8 Resistência do material da solda 9 Resistência do material da solda Compatibilidade do metal-base com o metal da solda:Compatibilidade do metal-base com o metal da solda: Tabela 7 – NBR 8800 AWS D1.1 Resistência do material da solda 10 Resistência do material da solda Compatibilidade do metal-base com o metal da solda:Compatibilidade do metal-base com o metal da solda: Tabela 7 – NBR 8800 AWS D1.1 Resistência do material da solda 11 Resistência do material da solda Os materiais utilizados na solda têm resistência à ruptura superior à dosOs materiais utilizados na solda têm resistência à ruptura superior à dos aços para os quais são especificados. E60 fw = 60 ksi = 415 MPa E70 fw = 70 ksi = 485 MPa Em solda por arco com eletrodo revestido: E 70 X Y ti d t d ti t f em ksi posição de soldagem:1 - qualquer 2 - pos horiz tipo de corrente e de revestimento Eletrodo fw em ksi Cálculo de solda por entalheCálculo de solda por entalhe Em geral por penetração totalEm geral, por penetração total... “como se a emenda não existisse” S / face da raizR / altura entalhe 12 Cálculo de solda por entalhe G á fGarganta e área efetiva Garganta efetiva é aquela relativa à seção que se supõe crítica para soldaGarganta efetiva é aquela relativa à seção que se supõe crítica para solda. NBR 8800: a a (Tabela 5)( ) L L Aw Aw=aL 13 Cálculo de solda por entalhe R i tê i d ál l NBR 8800 2008 14 Resistências de cálculo – NBR 8800:2008 Força resistente de cálculo de soldasForça resistente de cálculo de soldas kff fd - resistência de cálculo ou projeto f i ê i í i m k d ff fk - resistência característicam - coeficiente de ponderação Combinações Aço estrutural, pinos e parafusos (a) Metal da solda (w) ECombinações Escoamento e Instabilidade (a1) Ruptura (a2) Tração (w1) Cisalhamento (w2) Normais 1,10 1,35 1,25 1,35 Especiais ou de construção 1,10 1,35 1,25 1,35 Tabela 3 e Tabela 8 – NBR 8800 construção Excepcionais 1,00 1,15 1,05 1,15 Cálculo de solda por entalhe R i tê i d ál lResistências de cálculo NBR 8800: Tabela 8 – Força resistente de cálculo de soldas Tipo de solda Tipo de solicitação e orientação Força resistente de cálculo: ç dRwF Tração ou compressão paralelas ao eixo da solda não precisa ser id d d dRw, considerado, mesma do metal baseF Soldas de penetração total Tração ou compressão normal à seção efetiva da solda M t l bMetal-base: AMB fy / a1 15 Cálculo de solda por entalhe R i tê i d ál lResistências de cálculo NBR 8800: Tabela 8 – Força resistente de cálculo de soldas Tipo de solda Tipo de solicitação e orientação Força resistente de cálculo: ç RwF Soldas de t ã Cisalhamento (soma vetorial) na Metal-base: dRw, penetração total Cisalhamento (soma vetorial) na seção efetiva 0,6 AMB fy / a1 F hl F “Mechanical Engineering Design”, Shigley et al, 2004. 16 Cálculo de solda de filete G t á f tiGarganta e área efetiva “é a mais usada” Soldas por arco submerso verificar NBR 8800: item 7.2.2.2-b NBR 8800 0 4 . e m E s t r u t u r a s t i t u t o B r a s i l e i r o I B S / C B C A , 2 0 0 R e f : “ L i g a ç õ e s M e t á l i c a s ” , I n s t d e S i d e r u r g i a , 17 Cálculo de solda de filete R i tê i d ál lResistências de cálculo NBR 8800: Tabela 8 – Força resistente de cálculo de soldas Tipo de solda Tipo de solicitação e i t ã Força resistente de cálculo: ç Fp orientação Tração ou compressão M d t l b dRwF , Soldas de filete ação ou co p essão paralelas ao eixo da solda Mesma do metal base Metal base deve atender 6 5Soldas de filete Cisalhamento na seção efetiva (*) Metal-base deve atender 6.5 Metal da solda: 0 6 A f /0,6 Aw fw / w2 (*) - a solicitação de cálculo é igual à resultante vetorial de todas as forças de ( ) ç g ç cálculo na junta que produzam tensões normais ou de cisalhamento na superfície de contato das partes ligadas 18 Cálculo de solda de filete R i tê i d ál lResistências de cálculo “a solicitaçãode cálculo é igual à resultante vetorial de todas as forças dea solicitação de cálculo é igual à resultante vetorial de todas as forças de cálculo na junta que produzam tensões normais ou de cisalhamento na superfície de contato das partes ligadas” 1 - cordão de solda longitudinal à força de corte: Fmax lh7070 ,max “minimum throat area” “Mechanical Engineering Design”, Shigley et al, 2004. 19 Cálculo de solda de filete Di t ib i ã d t õ ld d fil tDistribuição de tensões na solda de filete 2 - Cordão de solda transversal à força de corte: l face da solda 2 Cordão de solda transversal à força de corte: b l b b a raiz a lh7070 F lh F4141 lh F1961 , ,, Logo, pode-se admitir para efeito de cálculo que as tensões na solda sejam de “cisalhamento” na seção da garganta... 20 Cálculo de solda de fileteCálculo de solda de filete 2 - Cordão de solda transversal à força de corte (continuação): Admitir resultantes na garganta efetiva: 2 Cordão de solda transversal à força de corte (continuação): “Mechanical Engineering Design”, Shigley et al, 2004.Ref: “Estruturas de Aço”, Walter e Michele Pfeil, Ed. LTC, 2009. 21 Cálculo de solda de filete R i tê i d ál lResistências de cálculo “a solicitação de cálculo é igual à resultante vetorial de todas as forçasa solicitação de cálculo é igual à resultante vetorial de todas as forças de cálculo na junta que produzam tensões normais ou de cisalhamento na superfície de contato das partes ligadas” Ref: “Estruturas de Aço”, Walter e Michele Pfeil, Ed. LTC, 2009. 22 Cálculo de solda de filete R i tê i d ál lResistências de cálculo Ligações de alma com mesa de viga (solda longitudinal):Ligações de alma com mesa de viga (solda longitudinal): Esse tipo de ligação pode ser calculado sem consideração das tensões i ifi d t õ i lh tnormais, verificando-se apenas as tensões cisalhantes. efeitos locais efeitos da flexão Ref: “Estruturas de Aço”, Walter e Michele Pfeil, Ed. LTC, 2009. 23 Cálculo de solda de filete R i tê i d ál lResistências de cálculo Tensões cisalhantes combinadas com tensões normaisTensões cisalhantes combinadas com tensões normais (solda transversal, de topo): A ligação transmite cortante (cisalhamento médio) e momento fletor Ref: “Estruturas de Aço”, Walter e Michele Pfeil, Ed. LTC, 2009. A ligação transmite cortante (cisalhamento médio) e momento fletor. 24 Cálculo de solda de filete Li it õLimitações (item 6.2.6.2) Di ã í i Tamanho mínimoDimensão mínima: em função da parte menos Menor espessura do metal base na junta (mm) Tamanho mínimo da perna da solda de filete, dw Abaixo de 6 35 e até 6 35 3 mmem função da parte menos espessa soldada... Abaixo de 6,35 e até 6,35 Acima de 6,35 até 12,5 Acima de 12,5 até 19 Acima de 19 3 mm 5 mm 6 mm 8 mm Dimensão máxima: Acima de 19 8 mm executadas somente com um passe , W a l t e r e 1 9 9 5 . em função da espessura do material cuja borda está sendo soldada t u r a s d e A ç o ” e i l , E d . L T C , 1 R e f : “ E s t r u t M i c h e l e P f e (6,3mm) 25 Cálculo de solda de filete Li it õLimitações (item 6.2.6.2) C i t í iComprimento mínimo: mmdww 404 Soldas de filete longitudinais nas ligações extremas de barras chatas tracionadas: bw - Área líquida efetiva - Coef de Redução (5 2 5 d) e C A ACA - Coef de Redução (5.2.5.d) - Área líquida da barra (5.2.4) n tnte A CACA 26 Solda de filete – emendas axiais soldadas Limitações (itens 6 2 2 2 e 6 2 6 2) filetes longitudinaisLimitações (itens 6.2.2.2 e 6.2.6.2) – filetes longitudinais A i t õ . L T C , 2 0 0 9 .As maiores tensões ocorrem nas extremidades do cordão de solda... h e l e P f e i l , E d . W a l t e r e M i c h comprimento efetivo r a s d e A ç o ” , W R e f : “ E s t r u t u r fator redutor de soldas longas R 0160002021100 ,,,, w w ww d d 27 Solda de filete – emendas axiais soldadas Limitações (itens 6 2 2 2 e 6 2 6 2) filetes transversaisLimitações (itens 6.2.2.2 e 6.2.6.2) – filetes transversais Comprimento mínimo de traspasse: Ref: “Estruturas de Aço”, Walter e Michele Pfeil, Ed. LTC, 2009. 28 Cálculo de solda de filete Li it õLimitações (item 6.2.6.2.6) “para juntas por superposição nas quais uma das partes se estende além depara juntas por superposição nas quais uma das partes se estende além de uma borda sujeita a tensões de tração longitudinais, os filetes devem ser interrompidos a uma distância desta borda não inferior à dimensão da perna do filete”filete 29 Ligações soldadas Si b l iSimbologia à s e t a Pernas verticais sempre à esquerda 30 Ligações soldadas Si b l i lSimbologia - exemplos Ref: “Estruturas de Aço”, Walter e Michele Pfeil, Ed. LTC, 2009. 31 Ligações soldadas Si b l i lSimbologia - exemplos 9 . E d . L T C , 2 0 0 9 c h e l e P f e i l , E , W a l t e r e M i t u r a s d e A ç o ” R e f : “ E s t r u t 32 LIGAÇÕES SOLDADAS – EXERCÍCIOS CISALHAMENTO EXCÊNTRICOCISALHAMENTO EXCÊNTRICO Determinar a perna do filete: FDeterminar a perna do filete: Fd H t B x ttf LIGAÇÕES SOLDADAS – EXERCÍCIOS CISALHAMENTO EXCÊNTRICOCISALHAMENTO EXCÊNTRICO SoluçãoSolução Fy e Considerar perna = 1mm FyTensão na perna da solda devida ao cortante: A Vd 1y xH Tensão na perna da solda devida ao torque: A CG x• Cálculo do CG e J = Ix + Iy máx xy dmáx yx J T 22 ,, xyy J22 ,, 22y1y22xd H LIGAÇÕES SOLDADAS – EXERCÍCIOS CISALHAMENTO EXCÊNTRICOCISALHAMENTO EXCÊNTRICO Cálculo de I e ICálculo de Ix e Iy bHyBbBb2I 3 2 3 Hyy12yBb122Ix HB2HBB2 3 2 3 2 3 2 y xH CG 12 yB2 12 yB 12 2 22 233 x 23 2 3 y x2 BBb 12 bB2xHb 12 HbI B 22 3 2 xBxB 3 B2xH LIGAÇÕES SOLDADAS – EXERCÍCIOS TRAÇÃO E CORTE NO FILETETRAÇÃO E CORTE NO FILETE sold.peçalargura xxq b=1mm b=1mm p çgxxqb 1mm C t Corteqy 22 qqq yxd qqq qFR ddd LIGAÇÕES SOLDADAS – EXERCÍCIOS TRAÇÃO E CORTE NO FILETETRAÇÃO E CORTE NO FILETE yM11f B I yM 2 1B 2 1q z d xx B 2 filetes: Vq dy B 2qy 22 H 2 y 2 xd qqq Fd qR dd b
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