Projeto Erik

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(
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica de Volta Redonda
)
 (
METALURGIA DA SOLDAGEM
ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM 
)
 (
Professor:
 
Yelson
 Duboc Natal
Alunos:
 Erick Assis
 Jesus
 
Leonardo Gama 
Lustoza
)
PROJETO: 
Estrutura metálica de sustentação de uma ponte
EMPRESA RESPONSÁVEL PELO PROJETO:
 (
Volta Redonda, Maio de 2014
)Assis&Lustoza Estruturas metálicas
Engenheiros:
Erick Assis Jesus
Leonardo Gama Lustoza
Assis&Lustoza
A Empresa
	A Assis&Lustoza é uma empresa de prestação de serviços na área de fabricação de vigas soldadas e montagem de estruturas metálicas, atendendo os mais diversos segmentos em edificações metálicas na construção civil e industrial, tendo um compromisso em oferecer o melhor custo benefício aos nossos clientes utilizando mão de obra qualificada e equipamentos modernos visando atender aos requisitos de qualidade e agilidade.
	Utilizando as melhores técnicas de engenharia e oferecendo a solução mais adequada para cada obra, viabilizamos técnica e economicamente os projetos, executamos todas as etapas da obra, desde o projeto inicial até a montagem final.
	A qualidade no corte do material, na solda e no alinhamento das vigas são uma preocupação constante na atividade da Assis&Lustoza. Processos, pessoal treinado e qualificado, de acordo com a NBR5884 da ABNT. Esta Norma estabelece os requisitos exigíveis para fabricação dos perfis estruturais de aço soldados por arco elétrico, formando um I em sua seção transversal, destinados a edificações. Esta Norma também pode ser empregada para perfis destinados a outras estruturas, desde que sejam consideradas as particularidades de cada tipo de estrutura.
	Transparência, qualidade e pontualidade são requisitos sempre presentes em todas as atividades em que a empresa está envolvida. É por este motivo que a Assis&Lustoza conquista a confiança de seus clientes.
O Projeto
	O objetivo é desenvolver a estrutura metálica de uma ponte com dimensões 50 metros de comprimento por 13 metros de largura, que ligará as margens de um rio. Sendo uma pista de mão dupla, com total de 10 metros de largura e mais três metros distribuídos para guarda roda e passagem de pedestres, feitos pela construção civil.
	Tendo em vista a padronização de chapas de aço de 10m x 2,5m (Figura 1), foi determinada dois tipos de espessura: 40 mm para vigas longitudinais e 20 mm para vigas transversais, nesta construção. As chapas serão cortadas por oxi-corte. Após o corte, três tiras destas soldadas em forma de I, formaram a viga padrão da estrutura metálica. Estas tiras de chapa terão dimensões de 10m x 0,35m para as chapas que darão forma às vigas longitudinais e 10m x 0,5m para chapas que formaram as vigas transversais. Haverá também nervuras intercaladas de um a um metro, com dimensões de 0,5m x 0,165m.
	
Figura 1. Perspectiva com dimensões da chapa fornecida para projeto
	O desenho estrutural consiste em um conjunto de 5 vigas soldadas longitudinalmente de um total de 12 conjuntos, que ligaram os dois lados do rio.
	A distância entre um conjunto e outro de vigas longitudinais será de 1 metro, onde serão colocadas chapas de sustentação na direção transversal. 
	Teremos um total de 60 vigas longitudinais e 55 vigas transversais para sustentação. Para a produção deste material são necessárias 36 chapas de aço de 40 mm de espessura (Figura 2) e 3 chapas de aço de 20 mm de espessura (Figura 3). Totalizando uma massa de 294 toneladas para a compra do material. Tendo em vista a perda de material por corte ou sobras de chapas, a massa utilizada na construção da estrutura metálica para um aço ASTM A36 será de 290 toneladas.
 Figura 3. Viga transversal
 Figura 2. Viga Longitudinal
Tabela 1. Material para compra
Vista Superior da Estrutura metálica
Figura 4. Vista superior de um bloco (10m), em um total de cinco blocos (50m).
Especificação e Montagem da junta soldada
Figura 5. Especificação e Montagem da junta soldada (Vista Frontal)
	A figura 5 é um exemplo de como será feita a soldagem de uma viga longitudinal a duas vigas transversais, as quais serão unidas a outras longitudinais.
	Primeiramente são feitas as montagens das vigas. As soldas de filete A e B dão formato à viga longitudinal. As vigas transversais também possuem quatro soldas de filete, na primeira têm-se os filetes C(frente e verso da imagem) e D (frente e verso da imagem), a segunda é montada pelas soldas E (frente e verso da imagem) e F (frente e verso da imagem). Tendo as três vigas montadas, são feitas as soldas G (frente e verso da imagem) e H (frente e verso da imagem) que unirão as vigas longitudinais às transversais.
	Após consultas a soldadores experientes e análises em corpos de prova, foram definidos os Parâmetros de Soldagem:
	Consumíveis usados:
· Arco Submerso (Fabricante: OK Arames Tubulares):
· Eletrodo Revestido (Fabricante: Lincoln):
	O Tamanho Mínimo da Perna foi definido pela Norma ABNT NBR 8800:2008 (Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios), onde é encontrada a tabela abaixo.
Especificação do Aço 
	O aço usado é o Aço ASTM A36, um aço leve e com baixo teor de carbono, utilizado primariamente como um material estrutural e também utilizado em barras. Ele é relativamente simples quimicamente, o que mantém seu custo baixo. Facilmente soldável e amplamente disponível. Possui um Limite de Escoamento mínimo de 250 MPa e Limite de Resistência na faixa de 400 a 550 MPa.
Tabela 2. Composição química do aço do projeto – Teores máximos
	Neste tipo de aço podem ocorrer trincas dos tipos: Trinca a Frio, Trinca a Quente e Trinca por Decoesão Lamelar. 
	As Trincas por decoesão lamelar ocorrem tipicamente em soldas de vários passes em juntas em T feitas em chapas ou placas laminadas de aço com espessuras entre 12 e 60 mm. Para evitarmos esse tipo de trinca, devemos utilizar um metal base com boas propriedades mecânicas na direção Z e exigir do fornecedor uma Redução de Área do corpo de prova superior a 30%.
	Para evitar trincas a quente, devemos escolher um metal base de boa qualidade e com menos impurezas, pode-se também diminuir o calor adicionado à peça.
	Trincas a frio ocorrem por microestrutura suscetível, tensões de restrição, presença de hidrogênio ou baixa temperatura. A única maneira de evita-las é utilizando uma temperatura de pré-aquecimento na peça.
	
Carbono Equivalente
	A influência da composição química é determinada por uma fórmula que leva em consideração a influência de cada elemento de liga na temperabilidade do aço em relação ao carbono. O carbono foi escolhido como ponto de referência, por ser um dos elementos mais eficazes e comuns como agente de aumento de resistência mecânica dos aços. O fator obtido através desta fórmula é conhecido como carbono equivalente, servindo como base para determinar a soldabilidade do metal de base. A fórmula leva em conta o efeito dos diferentes elementos de liga na facilidade para transformação martensítica dos aços carbono, baixa, média e alta liga, conhecida como temperabilidade.
A soldabilidade de um aço é determinada pelo seu teor de carbono equivalente. Quanto menor o valor, menor a probabilidade de ser obtida uma estrutura martensítica e consequentemente melhor a soldabilidade do aço. Seu valor também está relacionado com a presença de trincas a frio. 
	Atualmente existem três fórmulas comumente utilizadas para o cálculo do carbono equivalente, apresentadas a seguir. 
· 1° fórmula, equação PCM;
	Esta fórmula não se aplica ao Aço ASTM A36, pois é necessário que o teor de carbono seja menor que 0,12%, para que se encaixe nas exigências do método.
· 2° fórmula, equação IIW (Internacional Institute of Welding);
Calculo utilizando a composição química do aço ASTM A36:
Espessura de 20mm:
CE IIW = 0,25+(1,2/6)+((0)/5)+((0+0,2)/15)
CE IIW = 0,46
Espessura de 40mm:
CE IIW = 0,26+(1,2/6)+((0)/5)+((0+0,2)/15)
CE IIW = 0,47
· 3° fórmula, equação de Yurioka
A forma mais completade se determinar o carbono equivalente, pois leva em consideração mais elementos de liga.
Calculo utilizando a composição química do aço ASTM A36:
Espessura de 20mm:
A(C)= 0,75+0,25*TANH(20*(0,25-0,12))
CE Yurioka = 0,25+ A(C)*((0,4/24)+(1,2/6)+(0,2/15)+(0/20)+((0)/5)+5*0)
CE Yurioka = 0,48
Espessura de 40mm:
A(C)= 0,75+0,25*TANH(20*(0,26-0,12))
CE Yurioka = 0,26+ A(C)*((0,4/24)+(1,2/6)+(0,2/15)+(0/20)+((0)/5)+5*0)
CE Yurioka = 0,49
Baseando nos cálculos, o aço destinado ao projeto possui uma boa soldabilidade. O valor calculado na terceira fórmula é o mais correto, pois leva em consideração mais elementos de liga. Iremos utilizar o valor de CEYurioka, de cada espessura, para determinação da temperatura de pré-aquecimento.
	
MaterialEspessura (mm)TipoQuantidadeDimensões (m)Peso (t)
20310,0 x 2,5011,76
403610,0 x 2,50282,6
ASTM A36Chapa
SoldaTipoProcesso de SoldagemLocal
Tamanho Mínimo 
da Perna (mm)
AFileteArco SubmersoEm fábrica8
BFileteArco SubmersoEm fábrica8
CFileteArco SubmersoEm fábrica8
DFileteArco SubmersoEm fábrica8
EFileteArco SubmersoEm fábrica8
FFileteArco SubmersoEm fábrica8
GFileteEletrodo RevestidoNo campo8
HFileteEletrodo RevestidoNo campo8
Processo de 
Soldagem
Tensão (V)Corrente (A)
Velocidade 
(cm/min.)
Diâmetro do 
eletrodo (mm)
Arco Submerso22600704,00
Eletrodo Revestido18170144,00
Aço ASTM A36
Espessura
(mm)CMnSiPSCu
200,251,200,400,040,050,20
400,261,200,400,040,050,20
Composição Química (%)