SISTEMAS MECÂNICOS I

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 6 – SOLDAGEM, UNIÃO E PROJETO DE JUNÇÕES PERMANENTES

RESISTÊNCIA DE JUNTA SOLDADA◦A compatibilidade entre as propriedades do eletrodo e aquelas dometal original geralmente não é tão importante quanto a velocidade, aqualidade do operador e a aparência da junção total. As propriedadesdos eletrodos variam consideravelmente, embora a Tabela 9-3 liste aspropriedades mínimas para algumas classe de eletrodos.

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RESISTÊNCIA DE JUNTA SOLDADA◦ Uma das melhores normas a usar é o código para materiais de construção do American Institute of

Steel Construction (AISC).◦ Para aços ASTM, Sy = 0,5Sut.◦ A Tabela 9-4 lista as fórmulas especificadas pelo código para cálculos dessas tensões permissíveis para

várias condições de carregamento. Os fatores de segurança implicados por esse código são facilmentecalculados. Para tração, n=1/0,60=1,67.

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RESISTÊNCIA DE JUNTA SOLDADA◦O código AISC, bem como o AWS, para pontes inclui tensõespermissíveis quando carregamento de fadiga estiver presente.

◦Os fatores de concentração de tensão de fadiga listados na Tabela 9-5são sugeridos para uso. Eles devem ser utilizados tanto paia o metaloriginal como para o de solda.

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RESISTÊNCIA DE JUNTA SOLDADAEXEMPLO 9-2

◦Uma barra de 1015 (Sy=27,5MPa) de secção transversal retangular de 1/2in por 2 in suporta uma carga estática de 16,5 kip. Ela é soldada a umachapa de reforço com uma solda de filete de 3/8 in com comprimento de 2in, em ambos os lados, com um eletrodo E70XX, como representado naFigura. Use o método do código de soldagem.◦ (a) E satisfatória a resistência do metal de solda?◦ (b) É satisfatória a resistência da fixação?

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RESISTÊNCIA DE JUNTA SOLDADAEXEMPLO 9-2◦ (a) E satisfatória a resistência do metal de solda?

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RESISTÊNCIA DE JUNTA SOLDADAEXEMPLO 9-2◦ (b) É satisfatória a resistência da fixação?

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RESISTÊNCIA DE JUNTA SOLDADAEXEMPLO 9-5

◦A tira de aço 1018 da tem umacarga completamentereversível de 1000 lbf aplicada.Determine o fator desegurança da soldagem paravida infinita.

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RESISTÊNCIA DE JUNTA SOLDADAEXEMPLO 9-5

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SOLDAGEM DE RESISTÊNCIA◦ O aquecimento e a consequente soldagem que

ocorre quando uma corrente elétrica passa porvárias peças que estão prensadas em conjuntosão chamados de soldagem de resistência.

◦ Os processos de soldagem de ponto e de costuraestão ilustrados esquematicamente na Figura.Falhas numa solda de resistência podem ocorrerseja por cisalhamento da solda, seja porrasgamento do metal em torno desta.

◦ Devido à possibilidade de rasgamento, é boaprática evitar o carregamento de uma junçãosoldada de resistência à tração.

◦ A tensão de cisalhamento é então simplesmentea carga dividida pela área do ponto (τ=F/A).

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JUNÇÕES REBITADAS E PARAFUSADAS CARREGADAS EM CISALHAMENTO

◦ Junções rebitadas e parafusadas com porcas carregadas emcisalhamento são tratadas da mesma forma em projeto e análise.

◦ A Figura (b) mostra uma falha por flexão de um rebite ou membrosrebitados. O momento flexor é aproximadamente M=Ft/2, em que Fé a força de cisalhamento e t, o agarramento do rebite, que é aespessura total das peças conectadas. A tensão de flexão nosmembros ou no rebite é, desprezando a concentração de tensão:

◦ Embora essa equação possa ser usada para determinar a tensão deflexão, é raramente usada em projetos; em vez disso, seu efeito écompensado por um aumento no fator de segurança.

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JUNÇÕES REBITADAS E PARAFUSADAS CARREGADAS EM CISALHAMENTO

◦Na Figura (c) a falha do rebite por cisalhamentopuro é mostrada; a tensão no rebite é:

◦em que A é a área da secção transversal de todos osrebites no grupo. Pode ser notado que é prática-padrão em projeto estrutural usar o diâmetronominal do rebite em vez do diâmetro do furo,mesmo que um rebite cravado a quente se expandae quase preencha completamente o furo.

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JUNÇÕES REBITADAS E PARAFUSADAS CARREGADAS EM CISALHAMENTO

◦A ruptura de um dos membros conectados ou chapaspor tração pura está ilustrada na Figura (d).◦A tensão de tração é:

◦em que A é a área líquida da chapa, que é a áreareduzida por uma quantidade igual à área de todos osfuros de rebites.◦Para materiais frágeis e cargas estáticas e para materiaisquer dúcteis ou frágeis carregados em fadiga, os efeitosde concentração de tensão devem ser incluídos.

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JUNÇÕES REBITADAS E PARAFUSADAS CARREGADAS EM CISALHAMENTO

◦ A Figura (e) ilustra uma falha por esmagamento dorebite ou chapa. O cálculo dessa tensão, que égeralmente chamada de tensão de compressão (deapoio), é complicado pela distribuição da carga nasuperfície cilíndrica do rebite. Desconsiderando osvalores exatos das forças atuando no rebite, têm-se umtensão da forma:

◦ em que a área projetada para um único rebite é A=td.Aqui, t é a espessura da chapa mais fina e d, o diâmetrodo rebite ou do parafuso de porca.

◦ O cisalhamento de borda, ou rasgamento, da margem émostrado na Figura (f) e (g), respectivamente. Na práticaestrutural, essa falha é evitada espaçando-se os rebitespelo menos 1.1/2 diâmetro para longe da borda.

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UNIÃO POR ADESIVOS◦ O uso de adesivos poliméricos para unir componentes para aplicações estruturais, semi-

estruturais e não-estruturais tem aumentado muito nos últimos anos como resultado dasvantagens únicas que os adesivos podem oferecer a certos processos de montagem e dodesenvolvimento de novos adesivos com robustez melhorada e melhor aceitabilidadeambiental.

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◦ O peso reduzido, a capacidade devedação, o número de peças e o menortempo de montagem, bem como asmelhores resistências à corrosão e àfadiga, combinam-se para prover oengenheiro com oportunidades paramontagem sob encomenda.

◦ A Figura ilustra os diversos pontos ondeadesivos são usados em um automóvelmoderno.

UNIÃO POR ADESIVOSTIPOS DE ADESIVOS

◦Eles podem ser classificados de várias maneiras,dependendo de suas:◦ composições químicas: epóxidos, poliuretanos,

poliamidas;

◦ formas: pasta, líquido, filme, pelotas, fitas;

◦ tipos: fundido a quente, fundido a quente reativo,termoestável, sensível a pressão, contato;

◦ capacidades de carregamento: estrutural, semi-estrutural ou não-estrutural.

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UNIÃO POR ADESIVOSTIPOS DE ADESIVOS

◦ Adesivos estruturais são adesivosrelativamente fortes, os exemplosmais comuns incluem os epóxidose certos tipos de acrílico. Taisadesivos podem suportar tensõessignificativas e servem paraaplicações estruturais.

◦ Para muitas aplicações deengenharia, aplicações semi-estruturais (onde a falha seriamenos crítica) e não-estruturais (depainéis etc., para propósitosestéticos) são também de interessesignificativo do engenheiro deprojeto .

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UNIÃO POR ADESIVOSDISTRIBUIÇÕES DE TENSÃO

◦Uma boa prática de projeto normalmenterequer que as junções de adesivo sejamfeitas de uma tal maneira que o adesivosuporte a carga em cisalhamento em vez detração.

◦As uniões são tipicamente muito mais fortesquando carregadas em cisalhamento do queem tração por meio de uma placa de união.

◦Os tipos genéricos mais comuns de junçõesde sobreposição estão ilustrados na Figura.

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UNIÃO POR ADESIVOSDISTRIBUIÇÕES DE TENSÃO

◦A análise mais simples das junções de sobreposição sugere que acarga aplicada é uniformemente distribuída sobre a área de união.Resultados de testes de junção de sobreposição, tais como aquelesobtidos seguindo a ASTM D1002 para junções de sobreposiçãosimples, reportam a "resistência aparente de cisalhamento" como acarga de rompimento dividida pela área de união (τ=F/A).

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UNIÃO POR ADESIVOSDISTRIBUIÇÕES DE TENSÃO

◦ Volkersen apresentou uma análise da junçãode sobreposição, conhecida como modelo decisalhamento defasado. Ele provêintrospecções valiosas a respeito dasdistribuições de tensão de cisalhamento emuma haste de junções de superposição. Adistribuição de tensão de cisalhamento édada por:

◦ E0, t0, α0 e Ei, ti, αi são os módulos, espessurase coeficientes de expansão térmica dosaderentes externo e interno,respectivamente; G, h, b e l são o módulo decisalhamento, a espessura, a largura e ocomprimento do adesivo, respectivamente; eΔT é a mudança na temperatura da junção.

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UNIÃO POR ADESIVOSDISTRIBUIÇÕES DE TENSÃO

◦Deve-se notar que a excentricidade de cargaé um aspecto importante no estado detensão de junções de sobreposição simples.A flexão do aderente pode resultar emtensões de cisalhamento que podemalcançar o dobro daquelas dadas para aconfiguração de sobreposição dupla.

◦A Figura mostra as tensões de cisalhamentoe de descasque presentes em uma junçãotípica de sobreposição simples quecorresponde ao espécime de ensaio.

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UNIÃO POR ADESIVOSPROJETO DE JUNÇÃO

◦ Algumas diretrizes básicas que devem ser utilizadasno projeto de junção de adesivos incluem:◦ Projete para colocar a linha de união em cisalhamento,

para não descascar.◦ Onde possível, use adesivos com ductilidade adequada.

A capacidade de escoamento de um adesivo reduz asconcentrações de tensão associadas com asextremidades de junções e aumenta a tenacidade pararesistir à propagação de descolamento.

◦ Reconheça as limitações ambientais dos adesivos e dosmétodos de preparação de superfície. Exposição a água,solventes e outros diluentes pode significativamentedegradar o desempenho do adesivo em algumassituações, por deslocamento deste da superfície oudegradação do polímero.

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UNIÃO POR ADESIVOSPROJETO DE JUNÇÃO

◦ Algumas diretrizes básicas que devem ser utilizadasno projeto de junção de adesivos incluem:◦ Projete de maneira a permitir ou facilitar inspeções das

uniões, onde possível.◦ Permita área suficiente de cola, de modo que a junção

possa tolerar algum descolamento antes que este setorne crítico.

◦ Onde possível, cole em múltiplas superfícies, paraoferecer suporte a cargas em qualquer direção.

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