Soldadura formulas para calculos

UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETO FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE MECANICA

TRABALHO INVESTIGATIVO DE TECNÓLOGIA MECÂNICA II

APRESENTAÇÃO E EXPLICAÇÃO DAS FÓRMULAS DAS EQUAÇÕES MATEMÁTICAS DE UM CORDÃO DE SOLDA Grupo Nº6

Autores: Cadete Quichanga Dos Santos, Nº 76884 Van Gompel Raph, Nº 49714 Garcia Nimi Quilombo, Nº 49696 Hamilton Waldemar Sousa, Nº 84444 Horácio Francisco Quitumba, Nº 90048 António Mangwanda Miguel Nº 37850 Mbala Matoko Tadeu, Nº 82592

Docente: Eng.º Augusto Dongua

Luanda, Outubro de 2012

[TECNOLOGIA MECÂNIMA II]

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PREFÁCIO

Este Este trab trabal alho ho inve invest stig igat ativ ivo, o, refle reflect ctee de uma uma polig poligam amia ia de idei ideias as do doss autore autores, s, Na qu qual al apresentou-se apresentou-se a explicação explicação das fórmulas fórmulas das equações matemáticas matemáticas de um cordão de solda, para efeito A meto metodo dolo logi giaa adop adopta tada da foi foi divi dividi dirr todo todo o assu assunt ntoo em vári vários os subt subtem emas as,, inic inicia iand ndoo com com o dimensionamento clássico de cordões de solda em função do tipo de solda, tipo de junta, culminando com o estudo das resistências submetidas em cada tipo de junta e solda, Tensões e Deformações.

FACULDADE DE ENGENHARIA

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ÍNDICE

Conclusão.......................................................................................................................... 16

INTRODUÇÃO

A união de placas em uma estrutura é conhecida como junta, a junta pode ser obtida utilizando se os mais variados elementos de fixação: parafusos, rebites, engates e cordões de solda, etc. Dentre estas, a soldagem e uma das mais utilizadas por sua facilidade de utilização, confiabilidade e custo. Segundo a AWS (American Welding Society) define a soldagem como procedimento de união de materiais usado para se obter coalescência localizadas de metais e não metais, produzida por aquecimento ate uma temperatura adequada, com ou sem utilização de pressão e/ou material de adição.


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OBJECTIVO

O presente trabalho tem como objectivo apresentar de uma forma abrangente as equações necessárias para o cálculo da resistência de um cordão de solda. Tendo em conta o problema principal da soldagem esta no dimensionamento de juntas soldadas se baseia, na prática, em simplificações impostas pela grande variedade de arranjos geométricos, e combinação de esforços, torna-se impossível a determinação de soluções baseadas na teoria de elasticidade. Com isso, as técnicas de dimensionamento mais comum baseiam-se na obtenção das tensões nominais actuante no cordão de solda a partir de carregamentos externos conhecidos.


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1-Dimensionamento Clássico de Cordões de Solda No dimensionamento do cordão de solda é necessário levar em consideração vários aspectos como: o nível de solicitação dos esforços, o processo de fixação, o grau de dificuldade da operação, a proporção geométrica entre cordão e componentes soldados, além do custo envolvido. Relativamente ao tipo de junta, podemos classificá-las em: junta de topo, de canto, em T, sobreposta e de aresta, e representadas abaixo, na Figura: 1


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Figura: 1-Uniões soldadas. a) Ligação a topo; b) ligação de topo com solda em“V”; c) cordão de solda tipo filete.

Figura: 1.1- uniões de soldas Estas uniões podem ser executadas através de três tipos de soldas: solda de topo, de filete e de enchimento.

1.1-Resistência de Soldas de Topo As soldas de topo são executadas quando, ambas as peças a serem ligadas estão no mesmo plano, sendo utilizadas em juntas de topo; ou em juntas em “T” com penetração. Estas consistem na deposição do metal de solda em chanfros previamente preparados com o objectivo de formar uma ligação contínua entre as partes ligadas. Dependendo da espessura da chapa a solda de topo pode ser feita sem chanfros. No caso de juntas com penetração total, a espessura do cordão é dada pela espessura das chapas da união, sendo sua resistência igual à da chapa menos resistente. Portanto, nestes casos não se considera o problema do dimensionamento da soldadura, uma vez que as tensões em jogo serão as tensões existentes no componente em causa. De acordo com as indicações da Liconln (Eletricity company), uma solda de topo bem executada, tem resistência igual ou maior que a da própria placa soldada e não necessidade de calcular as tensões desenvolvidas na solda. FACULDADE DE ENGENHARIA

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1.2-Resistência de Soldas de Filete A fim de tornar possível uma metodologia para o dimensionamento do cordão de solda são necessárias diversas simplificações quanto ao estado de tensões a ser considerado. A maioria dos métodos correntes considera que, a partir de cargas externas conhecidas, as tensões são uniformemente distribuídas ao longo da secção da garganta do cordão. Entende-se como garganta, a secção definida pela altura do maior triângulo inscrito na secção transversal do cordão. A Figura 2 mostra uma junta em T unida por cordões de filete juntamente com a representação da garganta.


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Figura: 2 - Representação da garganta do cordão em juntas T, com cordão de filete Em um processo optimizado, a escolha da geometria adequada para o cordão é fundamental. Considerando-se a secção transversal do cordão de solda em filete, em que as pernas vertical e horizontal são h1 e h2, respectivamente, como mostrado na figura 2.1, tem-se a garganta do cordão e, avaliada pela distância que varia com o ângulo φ, sempre perpendicular à face.

Figura: 2.1- Secção transversal do cordão de solda Assim, define-se a relação (h1/h2) que minimiza o volume de cordão para uma mesma secção resistente. Neste caso a equação do volume de cordão de solda é dada por:

Onde L é o comprimento do cordão de solda. Os comprimentos das pernas podem ser obtidos de:

1.2 Substituindo (3.2) em (3.1), resulta:


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Notando-se que:

Temos que:

Assim, verifica-se que o menor volume de solda, para um valor fixo de altura da garganta e do comprimento L da solda ocorre para a solda com pernas iguais. A “International Institute of Welding” (IIW) considera que a secção da garganta é a secção resistente do cordão de solda. Assume-se que as tensões ao longo da altura da garganta são uniformemente distribuídas. Uma segunda simplificação importante corresponde à condição de que as tensões normais no plano normal ao eixo longitudinal ao cordão são aqui consideradas desprezíveis, porque estas são geralmente provocadas, com maior intensidade, por carregamentos a ser resistido em conjunto pelas chapas que formam a junta e pelos cordões de solda. Assim pode-se, de uma maneira geral, definir as tensões nominais incidentes na região da garganta, utilizadas para o dimensionamento de cordões de solda, como mostrado na Figura 2.2 As seguintes componentes de tensão são consideradas

Figura 2.2 – Tensões nominais actuantes na secção da garganta do cordão solda • σn – tensão normal actuando perpendicularmente à secção da garganta; FACULDADE DE ENGENHARIA

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• τt – tensão cisalhante actuando transversalmente à secção da garganta; • τl – tensão cisalhante actuando longitudinalmente à secção da garganta. 1-

Método baseado no esforço total da junta O método baseado no esforço total da junta é o mais utilizado do ponto de vista de engenharia,

porque relaciona as cargas incidentes e as tensões admissíveis dos materiais de base da junta com a dimensão do cordão. Na literatura são disponibilizadas diversas relações para o dimensionamento de acordo com os principais casos de carregamento e a geometria dos cordões: juntas submetidas a esforços normais; juntas submetidas a esforços cisalhantes; juntas submetidas a momentos flectores. A seguir, para cada uma destas situações, são obtidas as relações correspondentes para a determinação da altura mínima do cordão com o objectivo de atender critérios de resistência recomendados.

2- Juntas submetidas a esforços normais Os cordões de solda de uma junta T, em que a chapa da alma é submetida a carregamento axial, como mostrado na Figura 2.3, são uniões em que o dimensionamento é feito estabelecendo-se as equações de equilíbrio para a junta.


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Figura 2.3 - Junta T com a chapa de topo carregada axialmente Desta forma os esforços de reacção na secção da garganta da solda são obtidos, admitindo-se ser o carregamento uniformemente distribuído ao longo do cordão. O diagrama de corpo livre da junta está mostrado na Figura 2.4

Figura 2.4 – Diagrama de Corpo Livre do Cordão de Solda As condições de equilíbrio aos esforços nos eixos x e z fornecem:

Para ϕ = 45° em (3.12) e (3.13), obtém-se:


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As tensões no plano da garganta são obtidas a partir dos esforços normal e transversal calculados acima. Estas tensões, descritas em função da altura h do cordão (utilizando a relação ag = h 2 / 2 ),

resulta em:

3.1- Juntas submetidas a esforços cisalhantes Considerando-se agora a junta submetida a esforços paralelos à direcção do cordão, o seguinte diagrama de corpo livre é obtido, conforme mostrado na Figura: 2.5

Figura 2.5 - Diagrama de Corpo Livre do Cordão de Solda

Como na situação à Figura 2.5 admite-se que os esforços são igualmente distribuídos nos dois cordões, e a tensão cisalhante na secção da garganta é, portanto:

Com RL = Py/2, e ag = h 2 / 2 , temos que: FACULDADE DE ENGENHARIA

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3.2- Juntas submetidas a momentos flectores Finalmente, considerando-se a junta submetida ao momento flector, mostrada na Figura 2.6, juntamente com o diagrama de corpo livre. Admitindo-se a altura do cordão de solda desprezível em relação à espessura da chapa, consideram-se as distâncias entre os vectores de reacção nas faces verticais do cordão iguais à espessura da chapa.

Figura 2.6 - Diagrama de corpo livre do cordão de solda

Da condição de equilíbrio aos momentos os vectores de reacção resultam em N=N1=N2=M/d. Já da condição de equilíbrio das forças segundo os eixos x e z obtém-se:


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Substituindo-se θ = 45°, obtém-se:

Exercício prático


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A cantoneira de abas desiguais está submetida a um estado de tracção pura, pela força P = 200 kN, aplicada no centróide da área da secção do perfil. Pede-se determinar os comprimentos dos dois cordões de solda para que a tensão cisalhante despertada na união não ultrapasse 30 MPa. Da os P

=

200 KN

adm =

1

30 MPa

10mm

=

a2

=

?

=

?

Re solução O equilibrio das forças actuantes na cantoneira permite escrever :

∑ F = 0 P − F 1 − F 2= 0 F 1 + F 2 = P F 1 + F 2 = 200.10 3 (1) Considerando o somatorio de momento no ponto de aplicação da c arg a P teremos :

∑ M = 0 40. F 1 − 160. F 2 = 0 (2)  F 1 + F 2 = 200.10 3 Re solvendo o sistema :  ⇒ F 1 = 40 KN e F 2 = 160 KN 40 . F 160 . F 0 − =  1 2 Agora teremos : σ adm

τ 1

τ 2

=

F A

≤ [τ ] ⇒ τ =

F A

onde A = a.h. sen45º ⇒ τ =

F a.h. sen45º

40 = 189mm τ 1 .h1 . sen 45º a.1 h1 . sen45º 30.10 6.10. sen45º F 2 F 2 160 = ⇒ a2 = = = 754mm 6 τ 2 .h2 . sen 45º a.2 h2 . sen45º 30.10 .10. sen45º

=

F 1

⇒ a1 =


F 1

=

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CONCLUSÃO Analisando minuciosamente os pontos vistos no decurso deste trabalho conclui-se que a metodologia que utiliza o esforço total da junta, descrita acima, possui a vantagem de ser aplicável às diversas situações em que os carregamentos externos são conhecidos. No entanto, caso os esforços nas soldas não sejam conhecidos ou quando são variáveis ao longo da junta, esta metodologia não é aplicável.


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Conclusão

Analisando minuciosamente os pontos sublinhados no decurso desta apresentação conclui-se que Os cordoes de solda são dimensionadas em função dos tipos de esforços externos que solicitam a junta, e estes esforços podem ser de compressão, tracção, torção ou ainda combinado, conforme salientou o colega, isto é o estado de tensões a que a junta esta submetida, para efeito existem varias metodologias para o dimensionamento dos cordoes de solda e nos estudamos apenas de forma escrupulosa a metodologia que utiliza o esforço total da junta, pois possui a vantagem de ser aplicável às diversas situações em que os carregamentos externos são conhecidos. No entanto, caso os esforços nas soldas não sejam conhecidos ou quando são variáveis ao longo da junta, esta metodologia não é aplicável. Factos que não é comum quando se trata de calculo de soldadura. FACULDADE DE ENGENHARIA

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Portanto dimensionar um cordão é no fundo encontrar as características do cordão que minizam o volume da mesma, porque o exagero significa custo, e custo é economia, isto quer dizer que quando se dimensiona bem o cordão de solda por alem da resistência também a economia é poupada. Devo também dizer que apesar de existirem vários tipos de juntas e vários tipos de soldadura que os colegas dos outros grupos frisaram o calculo de dimensionamento dos cordoes de solda e similar ou seja depende apenas do nível de solicitação dos esforços, o processo de fixação, o grau de dificuldade da operação, a proporção geométrica entre o cordão e componentes soldados, além do custo envolvido. Na verdade o que pode variar e apenas as tensões de cisalhamento de cada tipo de solda. Deve-se ainda dizer que uma solda de topo for bem executada, tem resistência igual ou maior que a da própria placa soldada e não necessidade de calcular as tensões desenvolvidas na solda, Uma vez que o material de adição por regra deve ter a mesmas características das placas ou seja das FACULDADE DE ENGENHARIA

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peças a serem unidas. E as equações apresentadas podem ajudar a compreender a qualidade da soldadura efetuada, isto é quando menor que as tensões dos materiais a soldadura esta mau executada. Penso que o acabamos de dizer pode servir de prólogo para o começo da defesa. Obrigado. Não fizemos nem uma visita pois pensamos que tratando se

DUAS QUESTOES 1 EU QUERIA ENTENDER SOBRE UMA O COLEGA HELDER AFIRMOU QUE LHES ACONCELHADOS A SOLDAR COM UMA ATENSAO ESPECIFICA, QUERIA SABER COMO FUNCIONA ESTE PROCESSO DE VARIACAO DE TENSAO DURANTE O PROCESSO DE SOLDAURA 2 QUAL E O IMPACTO NEGATIVO QUE SE PODE TER AO SE SOLDAR DUAS PECAS COM UM ELETRODO DIFERENTE


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BIBLIOGRAFIA 1. J.M. Simon-Talero Munoz. Introdução ao cálculo de estruturas metálicas, EDICÇÃO 2002 2. C. Vicente. Tecnologia mecânica. Volume I, II e III 3. A. Rocha. Cálculo de soldadura, Erica EDITORA, 2011

Links e sites

http://www.google.com.br/


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O que eu vou fazer no fundo

Sabem que as partículas que constituem os fumos de solda são pequenas o bastante para permanecerem em suspensão por um longo período de tempo. Portanto os capacetes, os ouclos e outros utensílios de proteção podem não ser suficiente

Por isso Geralmente nos locais de soldadura existe uma zona de respiração do soldador, Eu queria saber Porque não falaram sobre o Sistema de ventilação e de filtragem Se são os sistemas que servem para coletar os fumos e gases tóxicos gerados de maneiras a que os mesmo não atingiam a zona de respiração do soldador.


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Se falaram sobre cromagem não acham Zincagem e niquelação,


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