apostila soldagem

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1 ELEMENTOS DE MÁQUINAS ELEMENTOS DE MÁQUINAS AT AT- 429 429 Universidade Federal do Paraná Universidade Federal do Paraná Curso de Engenharia Industrial Madeireira Curso de Engenharia Industrial Madeireira M.Sc. Alan M.Sc. Alan Sulato Sulato de Andrade de Andrade [email protected] [email protected] UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

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Page 1: Apostila soldagem

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ELEMENTOS DE MÁQUINASELEMENTOS DE MÁQUINASATAT--429429

Universidade Federal do ParanáUniversidade Federal do ParanáCurso de Engenharia Industrial MadeireiraCurso de Engenharia Industrial Madeireira

M.Sc. Alan M.Sc. Alan SulatoSulato de Andrade de Andrade

[email protected]@gmail.com

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:

Uniões fixas são aquelas que se caracterizam pela impossibilidade de separar as peças previamente unidas sem danificar o conjunto.

BA BA

União de dois elementos Tentativa de separação

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UNIÕES FIXAS:

Junção de peças

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:

Os procedimentos que são mais utilizados e que merecem destaque são:

Soldagem,Brasagem,Colagem.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Consiste na união de dois materiais pela fusão do material na região de contato entre as partes, com ou sem adição de material, isto ocorre mediante o emprego de calor e/ou força, formando assim, uma ligação permanente, a qual não pode ser dissolvida por um meio não destrutivo.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM Linha de solda

Elemento A Elemento B

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

A definição da American Welding Society - AWS nos diz: "Processo de união de materiais usado para obter coalescência (junção de duas ou mais partes) localizada de metais e não-metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição."

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Solda manual

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

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Solda semi-mecanizada

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

Solda mecanizada

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Uma das principais características das uniões soldadas é que quando devidamente projetadas são mais leves que as peças fundidas e que as peças rebitadas de mesma rigidez e resistência.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Os principais inconvenientes seriam quanto a dificuldade de se verificar a qualidade da junção soldada. Outro ponto seria quanto a sua execução, esta requer cuidados especiais principalmente com o repuxamento e as tensões de contração.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Há dois processos distintos de soldagem:

Processo de fusão,Processo de caldeamento.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Processo de fusão:Consiste em aquecer a área a ser soldada com uma fonte concentrada de calor que leva à fusão incipiente do metal, devendo-se adicionar metal de enchimento na junta.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Processo de fusão:

Solda

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Processo de caldeamento:As peças a serem unidas são aquecidas somente até o estado plástico avançado, ao mesmo tempo em que são forçadas umas contra as outras pela aplicação de pressão externa. Este processo exige metais de boa condutibilidade térmica, para evitar o surgimento de tensões internas.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Processo de caldeamento:

Solda

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Fontes de calor para o processo de soldagem:A fonte de calor é proveniente de diversas formas como: combustão de um gás (acetileno, hidrogênio, gás de iluminarão, propano ou benzol), arco voltaico, resistência elétrica ou pós de alumínio e óxido de ferro.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Outro processo que merece destaque é a soldagem pela infusão de ferro fundido, que consiste em verter ferro fundido em pontos defeituosos de peças fundidas.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Infusão de ferro fundido:

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Formato das junções e dos cordões de solda:Os cordões são classificados segundo o formato da junção, que é posição relativa das peças a serem soldadas uma à outra. Os cordões de solda pode ser de dois tipos: angulares e de topo.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Solda de topo e angular

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Junções de topo:Essas junções são utilizadas em chapas e vigas contínuas. São mais caros, mas suportam maiores cargas estática ou dinâmica que os cordões angulares. Pode-se elevar a resistência com a soldagem das raízes dos cordões e posterior usinagem dos cordões.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Junções em TEssa junção é feita com cordões de solda angulares planos, suportando menores cargas que a junção de topo. Para resistir a cargas dinâmicas, prefere-se o cordão angular côncavo em relação aos de outros tipos.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Junção angular de extremidadeA junção angular de extremidade suporta menores cargas que a junção T.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Junções

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Junções

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Junções

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Junções

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Dimensionamento da solda: inicialmente existe a necessidade de se conhecer os tipos de solicitações encontradas nos elementos que serão unidos. Estas solicitações podem ser frontais, obliquas e laterais.Com esta informação pode-se calcular as tensões e compará-las com as tensões admissíveis (A tensão admissível é uma característica do material que está sendo utilizado e indica até quanto o material agüenta antes de se romper após um carregamento).

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Diferentes classes de solicitação

M

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Tração e Compressão:Os esforços de tração como de compressão podem ser obtidos por:

Observe que o valor de h não incluí o reforço, que é utilizado para compensar possíveis falhas e produz concentrações de tensões.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Tensões nos filetes de solda:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Cisalhamento:A tensão média de cisalhante é:

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Tensões nos filetes de solda:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Torção:Quando numa solda é aplicada uma torção, a tensão de corte é o resultado vetorial da tensão de corte direto (primário) e da tensão de corte de torção (secundário). Assim a reação nos apoios da viga é uma força cisalhante V e um momento M.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Tensões nos filetes de solda:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Torção:A força cisalhante causa um cisalhamento primário nas soldas:

O momento causa uma torção, cujo valor será:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Torção:Onde:J=Momento polar de inércia do grupo de soldas em relação ao centro de gravidade do grupo.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Torção:Se considerarmos cada cordão de solda como sendo uma linha, o momento de inércia unitário resultante será equivalente ao unitário. A vantagem dessa consideração é que o momento de inércia unitário (Ju) independe das dimensões da solda.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Torção:Como a espessura de penetração do cordão é 0,707h, pode-se estabelecer uma relação entre os momentos de inércia como:

Desta forma, a torção na solda será:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Torção:Onde:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Ju:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Flexão:Uma barra soldada a um suporte é solicitada mediante um esforço de flexão.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Flexão:O diagrama de corpo livre mostraria uma reação de corte V e uma reação M devida ao momento fletor.A reação de corte provoca uma tensão de corte primária:

E uma tensão de flexão na solda:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Flexão:Embora não rigoroso, pode-se assumir que na solda a tensão age perpendicularmente à área de penetração. Desta forma, pode-se admitir as soldas como linhas e estabelecer uma relação entre o momento de inércia baseado na penetração e o unitário.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Flexão:Essa relação é:

Desta forma, a tensão de flexão normal será dada por:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Iu:

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Iu:

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Precauções para a soldagemAs áreas devem estar limpas. Existe a necessidade de cuidados devido a existência de riscos de acidentes. Não importando onde ocorrerá a operação.

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Precauções para a soldagemPara evitar tensões residuais, contrações e empenamentos durante o processo de soldagem é necessário alguns cuidados especiais como se evitar a aplicação excessiva em um dado ponto de calor e volume de solda aplicada. Obedecer à seqüência correta de soldagem e submeter, conforme o caso, a construção soldada a um tratamento térmico apropriada para redução de tensões.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

Precauções para a soldagem

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UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

EXERCÍCIO

Desafio:Pesquisar as principais técnicas de soldagem: TIG, MIG, MAG, Laser e outros.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Uma operação parecida e confundida com soldagem é a brasagem, neste caso veremos que as peças nunca se fundem, ao contrário do primeiro processo.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Consiste na união de metais através do aquecimento abaixo da temperatura de fusão dos mesmos, adicionando-se uma liga de solda (metal de adição) no estado líquido, a qual penetra na folga entre as superfícies a serem unidas. Ao se resfriar, a junta formada torna-se rígida e resistente.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Processo de brasagem em canos de cobre

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Processo de brasagem em componentes eletrônicos

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UNIÕES FIXAS UNIÕES FIXAS PARAPARA ELEMENTOSELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Ao contrário da soldagem, o material de adição ou de brasagem é diferente e tem um ponto de fusão mais baixo do que o material de base que está sendo soldado. A temperatura de liquefação do material de base não é atingida.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Processo de brasagem em canos de cobre

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Imagem demonstrando região metálica unida pelo processo de brasagem

Elemento 1

Linha de união

Elemento 2

UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Os materiais de adição da brasagem são sempre constituídos de metais puros ou ligas. As formas comerciais comuns são arames, varetas, chapas, fitas, barras, pós, pastas ou peças conformadas.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Formas comerciais de materiais de adiçãopara brasagem – Cortesia BRASTAK

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Para se caracterizar como brasagem, o metal de adição (B) deve sempre ter a temperatura de fusão inferior a do material base (A), evitando-se assim a diluição do mesmo na junta.

T

AB

Material

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

O processo de brasagem é dividido em três tipos:

Brasagem mole,Brasagem (propriamente dita),Soldabrasagem.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Brasagem mole:Também denominada como soldagem branca ou solda fraca. Muito semelhante ao processo de brasagem, diferencia-se pela menor resistência mecânica e pela temperatura de trabalho do metal de adição sempre inferior à 450°C. Normalmente as folgas das juntas para solda branda em geral situam -se entre 0,05 mm e 0,20 mm.Possibilita a obtenção de juntas e obturações lisas e isentas de poros, podendo unir entre si diversos tipos de metais como cobre e suas ligas, ferro, ferro fundido, zinco e aços inoxidáveis.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Brasagem mole:Utilizada nos casos em que são pequenas as forças agentes nas superfícies unidas e baixas as temperaturas de trabalho. Como exemplos de aplicação de soldagem branda, citam-se: contatos elétricos; radiadores; reservatórios; indústrias ópticas, cirúrgicas, alimentícias e de utensílios domésticos; reconstrução de áreas com defeitos e deformações nas carrocerias de veículos; latas e recipientes que devem ser estanques mas não estejam sujeitos a elevadas solicitações mecânicas.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Brasagem mole:Os metais de adição possuem grande poder de umectação, e geralmente são produzidos a base de estanho.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Brasagem:Também denominada como solda forte. Utiliza metais de adição com intervalo de fusão compreendido entre temperaturas abaixo do ponto de fusão do material base e acima de 450°C. Possibilita a obtenção de juntas lisas e isentas de poros, podendo unir entre si a maioria dos metais ferrosos e não ferrosos, com exceção do magnésio e dos metais com baixa temperatura de fusão, como zinco e etc.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Brasagem:A grande vantagem da brasagem é a possibilidade de união de metais dissimilares, como por exemplo: aços diversos com cobre e suas ligas, bronzes, latões, ferros fundidos e compostos de metal duro.Como exemplos de aplicação de brasagem, citam-se: tubulações hidráulicas e de equipamentos de refrigeração; uniões de componentes metálicos em geral resistentes a diversos tipos de esforços mecânicos; mecânica de precisão; indústria de eletrodomésticos e materiais elétricos; união de ferramentas de carboneto de tungstênio (metal duro) entre outros

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Brasagem:Os metais de adição mais comumente utilizados são produzidos a base de cobre e/ou prata.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Soldabrasagem:Semelhante ao processo de brasagem, diferencia-se devido a folga na junta ser maior que 0,50 mm e/oupossuir chanfro. Pode se afirmar com segurança que a soldabrasagem é um processo intermediário entre soldagem e brasagem, pois reúne características de ambos os processos. Daí o nome “Solda” “Brasagem”.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Soldabrasagem:Diferencia-se do processo de soldagem devido a temperatura de intervalo de fusão do metal de adição ser inferior a menor temperatura de fusão dos materiais base, sendo a estrutura cristalina dos mesmos menos afetada do que no processo de soldagem autógena.Possibilita a união de materiais dissimilares, como por exemplo: aços carbono com cobre e suas ligas, bronzes, latões, ferros fundidos e ligas de níquel.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Soldabrasagem:Como exemplos de aplicação de soldabrasagem, citam-se: reparos em ferro fundido e aços (mesmo temperados); produção de estruturas leves de aço, especialmente de tubos e outros perfis como móveis de aço, suportes para letreiros, carrinhos de mão e etc.Os metais de adição mais utilizados são latão e alpaca, com temperatura de trabalho em torno de 900°C.

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Comparação entre soldagem e brasagem:Vantagens da soldagem em relação a brasagem:

Maior resistência sob elevadas temperaturas de atuação;Praticamente sem limitações sobre a dimensão das peças;Menor preparação das partes;Metal de adição de menor custo.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

Comparação entre soldagem e brasagem:Vantagens da brasagem em relação a soldagem:

Menores: tempo de operação, consumo de energia, modificação da estrutura do metal, tensão de resfriamento e deformação; Pequena ou nenhuma necessidade de acabamento posterior;Permite a junção de peças de pequenas dimensões e de difícil acesso e penetração;Maior facilidade na disjunção quando necessário ;Possibilidade de união de uma gama diversificada de materiais dissimilares.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

A BC

Junta soldabrasada (A) e juntas brasadas (B e C)

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

A B C

Maneira correta de brasagem (A) e maneiras incorretas (B e C)

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UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

A B

Maneira correta de brasagem (A) e maneiras incorretas (B)

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

É um processo de união inter-metálica que consiste em unir partes metálicas ou não, através da adição de uma substância com grande poder adesivo.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Pouco utilizado na união de elementos metálicos porem muito utilizado outros materiais: madeira, plástico, cerâmica, vidro, papel, tecidos entre outros.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Consiste na deposição de uma certa quantidade de cola ou resina em uma ou ambas as superfícies de união. Estas devem estar previamente limpas. Após um determinado período há a cura da resina e com isso ocorre a união das partes.

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UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Ancoragem física Afinidade química

Elemento 1

Linha de união

Elemento 2

Elemento 1

Linha de união

Elemento 2

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

A colagem pode ser:Instantânea,Não instantânea.

Algumas resinas podem necessitar de catalisador para que ocorra a cura.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

As principais resinas utilizadas industrialmente são:Epóxi,PVA,Fenólicas entre outras.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Epóxi:Uma resina epóxi ou poliepóxido consiste em polímero termofixo que se endurece quando se mistura com um agente catalizador. As primeiras tentativas comerciais de preparo da resina aconteceram em 1927 nos Estados Unidos.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Epóxi:

Estrutura química do polímero epoxi

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Epóxi:Hoje em dia as resinas epóxis são utilizadas por uma infinidade de aplicações. Revestimento interno de embalagens de cerveja, refrigerante, cítricos, etc, são a base de resina epóxi. Placas de circuito impresso, encapsulamentos de componentes, pisos industriais, pranchas de surfe, tintas anti-corrosivas entre outros.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

PVA:Acetato de Polivinila ou PVA é um polímero sintético. Ele é preparado pela polimerização do acetato de vinila. Este resina foi descoberta na Alemanha em 1912.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

PVA:

Estrutura química do PVA

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

PVA:Utilizado como um adesivo para materiais porosos, como a madeira. De fato é muito usado para colar derivados da madeira, a "cola branca" ou cola escolar e a "cola amarela" usada para colar madeira são exemplos de aplicações do PVA.

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Fenólica:Este tipo de resina é obtida pela reação de condensação e polimerização entre um fenol e um aldeído. Estas resinas foram estudadas, meticulosamente, pela primeira vez por Beakland, em 1909, nos Estados Unidos, sendo deposita uma patente com o nome de Baquelite.

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Fenólica:

Estrutura química da resina fenólica Baquelite

UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS

UNIÕES FIXAS:COLAGEM

Fenólica:Há uma grande variedade de aplicações. As principais são na forma líquida, as resinas fenol-formaldeído são usadas na impregnação de tecidos e papéis, na fabricação de adesivos e em rebolos do tipo resinóide (como aglomerante), vernizes e lacas, e a união de componentes (resistência a umidade)