Ligações Soldadas em Elementos de Máquinas

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Elementos de Máquinas Ligações Soldadas 
Rosa Marat-Mendes – Escola Superior de Tecnologia – IPS – 2003 68 
CAP 7 – LIGAÇÕES SOLDADAS 
 
7.1. INTRODUÇÃO 
 
Com o desenvolvimento da Tecnologia da soldadura e o crescente domínio 
dos diversos parâmetros que intervêm na qualidade dos cordões e suas propriedades 
mecânicas, a construção soldada, por razões de economia, foi substituída 
progressivamente por construções rebitadas e aparafusadas. 
A utilização crescente de ligações soldadas em aplicações de elevada 
responsabilidade quer solicitada por cargas estáticas quer por cargas dinâmicas obriga 
a que o projectista tenha de proceder a um adequado dimensionamento dos cordões de 
soldadura, pois estes são muitas vezes os pontos de ruína preferenciais da estrutura. 
 
As principais vantagens da soldadura em relação aos parafusos são: 
• Ser mais barato 
• Não existir o perigo de se “desapertarem” 
 
As principais desvantagens são: 
• A soldadura produz tensões residuais 
• É difícil a separação das chapas soldadas. 
 
As ligações soldadas aplicam-se essencialmente em três grandes campos: 
• Fabrico de Estruturas (Construção Metalo-Mecânica), como alternativa 
à Rebitagem. 
• Fabrico de Peças (Construção Mecânica), como alternativa à fundição, 
ao Forjamento, etc. 
• Reparação/Recuperação de peças com desgaste, fissuradas ou 
fracturadas. 
 
 
 
 
 
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7.2. TIPOS DE SOLDADURA 
 
 
Fig. 7.1. – Soldadura de topo. [Fig. 9.7. 
Shigley] 
 
 
Fig. 7.2. – Soldadura de ângulo. 
[Fig. 9.3.(b) Shigley] 
 
7.3. TIPOS DE SOLICITAÇÕES. RESISTÊNCIA DOS 
CORDÕES. 
 
Fig. 7.3. – Solicitações Frontais aplicadas na soldadura. 
Fig. 7.4. – Solicitações Oblíquas na soldadura. 
Fig. 7.5. – Solicitações Laterais na soldadura. 
 
1. Os cordões frontais são mais resistentes que os laterais. 
2. A menor resistência de um cordão corresponde a uma solicitação oblíqua de 
45º. 
3. A maior resistência de um cordão corresponde a uma solicitação frontal do 
tipo “Soldadura de topo”. 
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7.4. SÍMBOLOGIA DA SOLDADURA 
 
Para se representarem ligações soldadas utiliza-se normalmente a seguinte 
simbologia: 
Fig. 7.6. – a) O número indica o tamanho do cordão; A seta deve apontar 
apenas para uma soldadura, caso sejam as duas iguais. b) O símbolo indica que são 
várias soldaduras de angulo numa extensão de 200 mm e estão a 60 mm de distância 
umas das outras. [Fig. 9.3. Shigley] 
Fig. 7.7. – O círculo na soldadura indica que a soldadura está toda à volta. [Fig. 
9.4. Shigley] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 7.8. – a) Junção em T para placas finas. b) Soldaduras em U e J para 
placas finas. c) Soldadura de canto (não deve ser usada para grandes carregamentos). 
d) Soldadura de ponta para placas muito finas e carregamento muito leve. [Fig. 9.6. 
Shigley] 
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Fig.7.9. – a) soldadura rectangular e soldada dos dois lados. b) Soldadura em 
vê (V) com 60º de inclinação e com uma abertura na garganta de 2 mm. c) Duplo V. 
d) Soldadura de angulo (Bevel). [Fig. 9.5. Shigley] 
 
7.5. DIMENSIONAMENTO 
 
 7.5.1. SOLDADURA À TRACÇÃO 
 
 
 
 
 
Fig. 7.10. – Junção à tracção típica. 
[Fig. 9.7. Shigley] 
 
A figura 7.10. mostra uma soldadura tipo V “groove” simples carregada pela força F. 
Tanto para a tracção como para a compressão, a tensão normal é dada por: 
 
hL
F
=σ (7.1) 
 
onde h – tamanho da garganta “throat” 
 L – comprimento da soldadura. 
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É de notar que o valor de h não inclui o reforço, este é desprezado pelo lado da 
segurança. 
A tensão de corte na área da garganta da soldadura é dada por: 
hL707,0
F
=τ (7.2) 
 
Para prevenir a ruína deve-se verificar a equação seguinte: 
 
)sold(allhL707,0
F
τ≤=τ (7.3) 
 
Tabela 7.1. – Carregamento transverso e paralelo na soldadura. [Tabela 9.1. Shigley] 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7.5.2. SOLDADURA À TORÇÃO. 
 
Quando numa soldadura é aplicada uma torção, a tensão de corte é o resultado 
vectorial da tensão de corte directo (primário) e da tensão de corte de torção 
(secundário). 
 
 
 
 
 
Fig. 7.11. – Soldadura solicitada à 
torção. [Fig. 9.12. Shigley] 
 
A tensão de corte primária é dada por: 
antaarggdatotalÁrea
cortedeForça
A
V
' ==τ (7.4) 
A tensão de corte secundária é dada por: 
uJh707,0
rM
J
rM
'' ==τ (7.5) 
 
Onde; r – distância do centróide do grupo das soldaduras ao ponto mais longe na 
soldadura [m]. 
A – área total da garganta da soldadura [tabela 7.2] 
M – momento torsor 
J – momento polar de inércia [m4] 
Ju – momento polar de inércia unitário [m3] [tabela 7.2] 
 
A secção crítica quando se aplica uma torção é a secção da garganta, tal como para a 
tracção. 
Para evitar a fractura devido ao carregamento de torção, deve-se usar a seguinte 
equação: 
 
( ) ( ) )sold(all22' τ≤τ ′′+τ=τ (7.6) 
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A tabela seguinte dá os valores para o momento polar de inércia para seis grupos de 
soldadura. Usando esta tabela simplifica o cálculo da carga à torção 
 
Tabela 7.2. – Propriedades da soldadura solicitada à torção. [Tabela 9.2 Shigley] 
 
 
 
 
 
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7.5.3. SOLDADURA À FLEXÃO. 
 
Na figura é mostrada uma barra soldada a um suporte com soldadura em cima 
e em baixo solicitada a um esforço de flexão. 
Fig. 7.12. – Barra solicitada à flexão. [Fig. 9.17. Shigley] 
 
O diagrama de corpo livre mostraria uma reacção de corte V e uma reacção M devida 
ao momento flector. 
A reacção de corte provoca uma tensão de corte primária: 
A
F
A
V
' ==τ (7.7) 
O momento M provoca uma tensão normal σ na soldadura: 
I
Mc
=σ (7.8) 
Para evitar a fractura devido ao carregamento de flexão, deve-se usar a seguinte 
equação: 
 
( )22max '3 τ+σ=σ (7.9) 
 
onde: A – área da garganta da soldadura [tabela 7.3] 
I = 0,707 h Iu – momento de inércia [m
4] 
Iu – momento polar de inércia [m
3] [tabela 7.3] 
M – momento flector 
 
 
 
 
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Tabela 7.3. - Propriedades da soldadura solicitada à flexão. [Tabela 9.3 Shigley] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7.6. CUIDADOS DE PROJECTO 
 
7.6.1. DUCTILIDADE DOS MATERIAIS SOLDADOS E DOS CORDÕES. 
 
Só idealmente, os esforços se distribuem igualmente pelos cordões de uma 
ligação, como se considera nos cálculos do projecto. 
No entanto, os pontos mais carregados podem, na prática ceder e redistribuir 
as tensões, se os materiais de base e de adição forem dúcteis. O projectista deve 
assegurar esta condição sempre que possível. 
 
7.6.2. SOLICITAÇÕES SECUNDÁRIAS, OU PARASITAS. 
 
Do incorrecto posicionamento dos cordões na ligação, pode resultar o 
surgimento de momentos flectores, ou torsores, parasitas, devido à descentragem de 
esforços relativamente ao centroide dos cordões. Há que evitá-lo. 
 
7.6.3. CONCEPÇÃO E EXECUÇÃO 
 
É grande a variedade de soluções possíveis na concepção de uma ligação 
soldada, devendo o projectista contrariara “natural” tendência para a imitação das 
concepções usadas, mas sim procurar concepções que tirem o melhor rendimento da 
construção soldada. 
Para que não haja redução das qualidades do metal base, deverá ser evitada a 
soldadura de grandes espessuras, de materiais que sofreram violento trabalho a frio 
(encruamento), bem como que a soldadura seja feita a baixa temperatura. 
Evitar ainda a solicitação transversal de peças fortemente laminadas, para 
evitar o arrancamento lamelar. 
 
 
 
 
Fig. 7.13. – arrancamento lamelar de uma peça 
laminada. 
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Para não engrandecer as tensões residuais deve-se, além das indicações 
anteriores, executar os cordões segundo uma ordem adequada, evitar 
constrangimentos das peças a ligar bem como evitar sobre-espessuras, acumulações 
de cordões, mudanças bruscas de secção e cruzamentos de cordões. Em peças de 
espessuras diferentes, fazer transição com rampa de pelo menos ¼. 
 
 
 
 
 
 (a) (b) 
 
Fig. 7.14. – (a) zona de cordão de soldadura a evitar (acumulações de 
cordões). (b) cordão bem executado. Em peças de espessuras diferentes, fazer 
transição com rampa de pelo menos ¼. 
 
Em casos críticos há que proceder ao pré-aquecimento das peças para evitar os 
efeitos de um arrefecimento rápido do metal-fundido, bem como o pós-aquecimento 
com as finalidades de promover transformações metalúrgicas desejadas.