AULA 2 Soldagem Juntas e cálculos

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INTRODUÇÃO
Aproximando-se duas peças metálicas a uma distância suficientemente pequena para a formação de uma ligação permanente, uma solda entre as peças seria formada.
Este tipo de efeito pode ser obtido, por exemplo, colocando-se em contato íntimo dois blocos de gelo. 
Entretanto, sabe-se que isto não ocorre para duas peças metálicas, exceto em condições muito especiais.
Junta Soldada
Formação teórica de uma solda pela aproximação das superfícies das peças.
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INTRODUÇÃO
A explicação para isto está na existência de obstáculos que impedem uma aproximação efetiva das superfícies até distâncias da ordem de r0. 
Estes obstáculos podem ser de dois tipos básicos:
As superfícies metálicas, mesmo as mais polidas, apresentam uma grande rugosidade em escala microscópica e sub-microscópica.
As superfícies metálicas estão normalmente recobertas por camadas de óxidos, umidade, gordura, poeira, etc, o que impede um contato real entre as superfícies, prevenindo a formação da solda. 
Junta Soldada
Representação esquemática da superfície metálica limpa.
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INTRODUÇÃO
Dois métodos principais são utilizados para superar estes obstáculos, os quais originam os dois grandes grupos de processos de soldagem. 
O primeiro consiste em deformar as superfícies de contato permitindo a aproximação dos átomos a distâncias da ordem de r0. As peças podem ser aquecidas localmente de modo a facilitar a deformação das superfícies de contato.
Junta Soldada
Soldagem por pressão ou deformação.
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INTRODUÇÃO
O segundo método se baseia na aplicação localizada de calor na região de união até a sua fusão e do metal de adição (quando este é utilizado), destruindo as superfícies de contato e produzindo a união pela solidificação do metal fundido.
Junta Soldada
Representação esquemática da soldagem por fusão.
Macrografia de uma junta.
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Uma junta soldada é a junção de arestas ou superfícies que são unidas pela soldagem. 
Estas seções cobrem duas classificações de juntas soldadas: (1) tipos de juntas; 
(2) tipos de soldas usadas para unir peças que formam as juntas.
Junta Soldada
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	Existem cinco tipos básicos de juntas para união entre duas peças. Os cinco tipos de juntas não estão limitados à soldagem; eles se aplicam também a outras técnicas de união e fixação. 
Cinco tipos básicos de juntas: (a) de topo, (b) de canto, (c) sobrepostas, (d) Tê, e (e) em aresta. 
Tipos de Juntas
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Tipos de Juntas
* Ângulo = Tê
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Chanfros
Chanfro é o corte efetuado na junta para possibilitar/facilitar a soldagem em toda a sua espessura.
Elementos de um Chanfro:
Encosto ou nariz (s) (nose, groove face): Parte não chanfrada de um componente da junta.
Garganta, folga ou fresta (f) (root opeming): Menor distância entre as peças a soldar.
Ângulo de abertura da junta (α) (groove angle) e
ângulo de chanfro (β) (bevel angle).
Elementos de um chanfro.
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Tipos de Soldas
Uma solda de filete é usada para preencher as arestas das peças criadas nas juntas de canto, sobrepostas e Tê. O metal de adição é usado para fornecer uma seção transversal na forma aproximada de um triângulo retângulo. 
Soldas de filete podem ser simples ou dupla e pode ser contínua ou intermitente.
Várias formas de soldas filete: (a) junta de canto com filete interno; (b) junta de canto com filete externo; (c) junta sobreposta com filete duplo; e (d) solda em Tê com filete duplo.
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Soldas em chanfro normalmente necessitam que as arestas das peças sejam moldadas em um chanfro para facilitar a penetração da solda. As formas dos chanfros incluem reto, bisel, V, U e J, de um só lado ou duplo. Embora muito associada à junta de topo, a solda de chanfro é usada em todos os tipos de junta, exceto sobrepostas.
Tipos de Soldas
Algumas soldas de chanfro típicas: (a) solda de chanfro reta, um lado; (b) solda de chanfro bisel; (c) solda de chanfro-V; (d) solda de chanfro-U; (e) solda de chanfro-J; (f) solda de chanfro-V dupla
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Soldas tampão e solda de fenda são utilizadas para fixar placas planas usando um ou mais furos ou ranhuras na parte superio.
As soldas de ponto e solda de costura, usadas para juntas sobrepostas;
A solda por ponto é uma pequena seção fundida entre as superfícies de duas folhas ou placas;
Uma solda de costura é semelhante à solda de ponto, exceto que esta consiste em uma ou mais seções fundidas de forma contínua entre duas folhas ou placas.
Tipos de Soldas
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(a) Solda tampão e (b) solda de fenda. 
 (a) Solda de ponto e (b) solda de costura.
Tipos de Soldas
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Solda de flange é feita nas arestas de duas (ou mais) peças, normalmente metal em chapa ou placa fina, sendo pelo menos uma das partes flangeada. 
Solda de acabamento não é usada para unir peças, mas de preferência depositar metal de adição na superfície de um metal de base em um ou mais cordões de solda. 
Tipos de Soldas
(a) Solda de flange e (b) solda de acabamento.
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Posições de Soldagem
Posições de Soldagem
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Posições de Soldagem
Um símbolo completo de soldagem consiste dos seguintes elementos:
Simbologia com elementos de soldagem
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Densidade de potência
Densidade de potência térmica
Para realizar a fusão, uma fonte de energia térmica de alta densidade é fornecida e as temperaturas resultantes são suficientes para causar fusão localizada nos metais base. 
Se metal de adição for adicionado, a densidade térmica deve ser bastante alta para fundi-lo também. 
A densidade de potência pode ser definida como a potência térmica transferida por unidade de área W/mm2 . 
		
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Densidade de potência
 
O tempo para fundir o metal é inversamente proporcional à densidade da potência. Em densidades de potência baixas, quantidade significativa de tempo é necessária para fusão. 
A densidade de potência mínima necessária para fundir a maioria dos metais na soldagem é de cerca de 10 W/mm2.
As diferenças entre processos nesta faixa são (1) a taxa em que a soldagem pode ser realizada e/ou (2) o tamanho da região que pode ser soldada. 
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Densidade de potência
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EXEMPLO
Uma fonte de calor transfere 3000 W para a superfície de uma peça de metal. O calor incide sobre a superfície em uma área circular, com intensidades que variam no interior do círculo. 
A distribuição é realizada da seguinte forma: 70% de potência é transferida a um círculo interno com diâmetro de 5 mm, e 90% é transferida a um círculo concêntrico de diâmetro de 12 mm. 
Quais são as densidades de potência: (a) no círculo interno de 5 mm de diâmetro; e (b) no anel circular de 12 mm de diâmetro externo que está ao redor e concêntrico ao círculo interno?
Densidade de potência
R: (a) 107 W/mm2 e (b) 24 W/mm2
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A quantidade de calor necessária para fundir um dado volume do metal depende de:
 
o calor para aumentar a temperatura do metal sólido para o ponto de fusão, que depende do calor específico volumétrico do metal, 
o ponto de fusão do metal e 
o calor para transformar o metal da fase sólida para líquida no ponto de fusão, que depende do calor de fusão do metal. 
EQUILÍBRIO TÉRMICO NA SOLDAGEM POR FUSÃO
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EQUILÍBRIO TÉRMICO NA SOLDAGEM POR FUSÃO
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Nem toda a energia gerada pela fonte de energia é utilizada na fusão do metal de solda. Existem dois mecanismos de transferência de calor na peça, ambos reduzem a quantidade de calor gerado que é usada pelos processos de soldagem. 
O 1º mecanismo envolve a transferência de calor entre a fonte de calor e a superfície do trabalho, fator de transferência de calor f1, que é a razão do calor efetivamente recebido pela peça de trabalho pelo total de calor gerado na fonte. 
O 2º segundo mecanismo envolve a condução de calor distante da área de solda a ser dissipada ao longo do metal de trabalho, fator de fusão f2 que é a proporção de calor recebida na superfície de trabalho, que pode ser usada para fusão. 
EQUILÍBRIO TÉRMICO NA SOLDAGEM POR FUSÃO
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O efeito combinado destes dois fatores
é o de reduzir a energia térmica disponível para soldagem, como apresentada a seguir:
Qs = calor disponível para soldagem, J,
f1 = fator de transferência de calor,
f2 = o fator de fusão, e  
QT = o total de calor gerado pelo processo de soldagem, J.
- f1 é predominantemente determinado pelo processo de soldagem e a capacidade de converter fonte de potência em calor disponível para superfície de trabalho. 
- f2 depende do processo de soldagem, mas também é influenciado pelas propriedades térmicas do metal, configuração da junta e espessura de trabalho. 
EQUILÍBRIO TÉRMICO NA SOLDAGEM POR FUSÃO
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EQUILÍBRIO TÉRMICO NA SOLDAGEM POR FUSÃO
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As operações de soldagem são variações de processos; isto é, a energia térmica total Q é entregue à determinada taxa, e o cordão de solda é efetuado à determinada velocidade de soldagem. 
Portanto, é adequado expressar como uma equação da taxa de equilíbrio:
qs = taxa de energia de calor liberada para a operação de soldagem, J/s = W e
qv = fluxo em volume do metal soldado, 
EQUILÍBRIO TÉRMICO NA SOLDAGEM POR FUSÃO
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EQUILÍBRIO TÉRMICO NA SOLDAGEM POR FUSÃO
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EXEMPLO
A fonte de energia para o ajuste de uma soldagem específica gera 3500 W, que pode transferir à superfície de trabalho com um fator de transferência de calor = 0,7. O metal a ser soldado é um aço baixo-carbono, cuja temperatura de fusão é de 1760 K. O fator de fusão na operação é 0,5. Um metal de adição contínuo é feito com área de seção transversal = 20 mm2. Determine a velocidade de deslocamento em que a operação de soldagem pode ser realizada.
EQUILÍBRIO TÉRMICO NA SOLDAGEM POR FUSÃO
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