3.5- comportamento das juntas soldadas em dif. condicoes de solicitacao rev a

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A. Chaves e Sousa 1 Módulo: 3.5. Comportamento das Juntas Soldadas em Diferentes Condições de solicitação Formador: A. Chaves e Sousa Alfragide, 2014-06 Pós Graduação em Engenharia da Soldadura

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Engenharia da Soldadura - Comportamento das Juntas Soldadas em Diferentes Condições de Solicitações

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A. Chaves e Sousa 1

Módulo: 3.5. – Comportamento das Juntas Soldadas em Diferentes

Condições de solicitação

Formador: A. Chaves e Sousa

Alfragide, 2014-06

Pós Graduação em Engenharia da Soldadura

Comportamento de Juntas Soldadas

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Tipos de Carga

Comportamento de Juntas Soldadas

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Cargas estáticas de curta duração

• A carga é aplicada até à rotura do material, sendo o período

de duração desta não superior a alguns minutos. Ex.: a tensão

de rotura, a tensão de cedência são determinados à

temperatura ambiente por meio de carga estáticas de curta

duração.

Cargas estáticas de longa duração • É aplicada uma carga até um valor máximo e depois mantida

nesse valor. A resistência à fadiga é determinada por aplicação

deste tipo de carga.

Comportamento de Juntas Soldadas

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Cargas repetidas

• A carga é aplicada de seguida retirada. Tem grande

importância quando são aplicadas cargas de valor

elevado num pequeno número de ciclos ou cargas de

valor baixo num grande número de ciclos.

Comportamento de Juntas Soldadas

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• Resistência Estática: uma

propriedade dos materiais

ou de qualquer elemento

mecânico.

•É através dos ensaios

uniaxiais de tracção que se

determina a resistência dos

materiais, obtendo-se os

diagramas tensão-extensão.

• A tensão máx. admissível é

dada pela equação, sendo n

o coeficiente de segurança.

adm /ced n

Comportamento de Juntas Soldadas

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Resistência a altas temperaturas

• Os ensaios de tracção são normalmente

efectuados à temp. ambiente.

• Quando ensaiados a temperaturas mais elevadas

os valores são diferentes.

• Todos os materiais diminuem o ponto de cedência

e o módulo de elasticidade com o aumento da

temperatura (os aços diminuem cerca de 50%

quando a temperatura varia de 300º para 600º).

Comportamento de Juntas Soldadas

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Fluência

• Um metal sujeito a um carregamento de

intensidade constante sofre uma deformação e pode

atingir a rotura mesmo p/ valores de tensão

inferiores à tensão de limite elástico.

•Variação da extensão de um material quando

solicitado por uma tensão constante.

• Parte da deformação originada por uma solicitação

constante, que é definida em função do tempo

(ASTM E 139).

Comportamento de Juntas Soldadas

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•Nos materiais metálicos verifica-se geralmente para as

tensões elásticas ou plásticas e a temperaturas

elevadas.

•A tabela abaixo apresenta resultados de resistência à

tracção em diversos materiais em função da duração

dos ensaios a uma temperatura constante.

Comportamento de Juntas Soldadas

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Comportamento de Juntas Soldadas

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•Da tabela anterior podemos retirar a tabela de valores

obtidos para diversas temperaturas

Comportamento de Juntas Soldadas

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Comportamento de Juntas Soldadas

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Comportamento de Juntas Soldadas

•As curvas deslocam-se para cima quando a tensão

aumenta.

•Destas curvas conclui-se:

• a extensão de fluência aumenta com o tempo da tensão aplicada

• a inclinação das curvas aumentam com a tensão aplicada e

correspondentemente a tensão.

•o tempo de ruptura diminui quando a tensão aumenta.

•a extensão inicial aumenta com a tensão

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Comportamento de Juntas Soldadas

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• As curvas de fluência apresentam três regiões ou

fases de fluência I , II e III, bem distintas.

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Comportamento de Juntas Soldadas

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• Período Primário (zona I): a variação da deformação

decresce com o tempo.

• Período secundário (zona II): a variação da

deformação é sensivelmente constante com o tempo

(dε/dt=const.)

• Período terciário (zona III): com a velocidade de

deformação a aumentar grandemente até se atingir a

fractura (pontos A,B, C e D).

Comportamento de Juntas Soldadas

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Concentração de tensões

• No cálculo das tensões admite-se que os materiais

não apresentam irregularidades, ou seja: têm

secção transversal constante ou pequenas

variações, o que nem sempre se verifica.

•Verifica-se que na proximidade dos pontos de

acidentes geométricos (furos, variações bruscas de

secção, etc,) as tensões são mais elevadas do que

em pontos afastados

• A concentração de tensões é um fenómeno

normalmente localizado.

Comportamento de Juntas Soldadas

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No dimensionamento de algumas peças há que

considerar este fenómeno, uma fez que a tensão

admissível deverá ser superior à tensão máxima

calculada onde existir uma concentração de tensões.

Comportamento de Juntas Soldadas

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valor máx da tensão

- tensão calculada sem o efeito concentrador das tensões

- factor de concentração de tensões

máx t

máx

t

K

K

• Este factor é constante no domínio elástico do material.

• Os entalhes surgem num grande número de

equipamentos mecânicos, tendo surgido diversos estudos

e elaborados tabelas para esta situação.

Comportamento de Juntas Soldadas

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• Representação da distribuição de tensões devido ao efeito de entalhe

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Medição fotoeléctrica da concentração de tensões numa barra à flexão

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Comportamento de Juntas Soldadas

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A forma do cordão de soldadura pode ter influência no

factor de concentração de tensões, sendo influenciado

pelo raio de concordância R e o ângulo θ, da tangente ao

reforço no pé da soldadura.

Comportamento de Juntas Soldadas

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O factor Kt aumenta com diminuição de R e com a

diminuição de θ. Assim com R a tender para infinito o

valor Kt é mínimo.

Outro parâmetro a considerar é o desalinhamento

nas juntas topo a topo:

• desalinhamentos axiais

• desalinhamentos angulares

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Comportamento de Juntas Soldadas

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Factor de concentração de tensões para

desalinhamentos axiais

• Kt= 1+(3e/t)

• e – excentricidade

• t – espessura da placa, placa mais fina

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2L – largura do

desalinhamento angular

D – diâmetro do tubo

t – espessura do tubo

26 21 1t

L LK

Dt D

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Impacto - aplicação de uma força externa por um

período de tempo pequeno (inferior a 1/3 do mais

pequeno período natural de vibração).

Diversos tipos de provetes com entalhes são utilizados

para o ensaio ao impacto.

Comportamento de Juntas Soldadas

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Comportamento de Juntas Soldadas

A utilização de provetes entalhados, permite a localização da fractura e desenvolve na extremidade do entalhe um estado de tensão triaxial que contribui para a ocorrência da ruptura frágil.

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Comportamento de Juntas Soldadas

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Efeito da temperatura nos ensaios de impacto

Comportamento de Juntas Soldadas

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Temperatura de transição

É a temperatura em que o material evidencia uma

mudança de comportamento dúctil para frágil. No

entanto este valor não é fácil de determinar, uma

vez que a mudança de comportamento não é

normalmente brusca.

Comportamento de Juntas Soldadas

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Estes ensaios informam o projectista que a partir de

uma dada temperatura, uma pequena diminuição

desta provoca um decréscimo da resistência ao

impacto do material.

O conhecimento, relativamente ao impacto dos

materiais, permite ao projectista executar estruturas

com capacidade de absorção ao impacto.

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Referências Bibliográficas:

• Carlos A. G. de Moura Branco, “Mecânica dos

Materiais”, Edição Fundação Calouste Gulbenkian,

Lisboa, 2006

• A. Correia da Cruz e João Carreira, “Ensaios

Mecânicos”, Edições técnicas ISQ

•J.E. Shigley e C. R. Mischke, “Mechanical Engineering

Design” 5ª ed, Edição McGraw-Hill International Editions”

1989