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Exame de 1 poca 3 de Janeiro de 2008 Complementos de Tecnologia Mecnica Mestrado em Engenharia Mecnica Professor Pedro Vilaa 1 Semestre do ano lectivo 2007/2008 Durao: 2h15min

Grupo I Caso Prtico (11.0 valores) Pretendem-se fabricar 1500 torpedos que foram encomendados pelo ramo da marinha das foras armadas, tendo a marinha definido o nvel de qualidade de construo como muito elevado. O corpo exterior do torpedo constituido por uma casca dianteira e uma casca posterior. Por imposies de projecto, a casca dianteira tem que ser construda numa s pea, pelo que a tecnologia de fundio foi o processo escolhido para a obter. Seguidamente, a casca dianteira ser soldada casca posterior, tendo em vista a obteno do corpo do torpedo. O corpo do torpedo, representado na figura abaixo, tem as seguintes caractersticas geomtricas, dadas pelas cascas posterior e dianteira:

A casca posterior trata-se de um tubo cilndrico com 2000mm de comprimento, dimetro exterior de 500mm e espessura de 10mm;

A casca dianteira, com espessura mdia de 10mm, composta por uma zona cilndrica com dimetro exterior de 500mm, e comprimento de 500mm, tendo numa extremidade uma tampa com forma de calote esfrica, com um furo central de dimetro de 50mm.

O material da casca dianteira um ao nquel molibdnio AISI 4620, de composio:

O material da casca posterior um ao inoxidvel austentico AISI 304, de composio:

Tenha em considerao que:

Toda a construo realizada em estaleiro fechado;

Por motivos de guiamento dentro dos obuses de lanamento dos submarinos, toda a superfcie externa ser sujeita, aps as operaes de fundio e soldadura, a uma operao de torneamento de toda a superfcie externa, pelo que construo fundida exigido um bom rigor dimensional (com uma sobre espessura exterior de 1mm) e razovel acabamento superficial.

No papel de tcnico responsvel pela construo desta pea, e tendo em conta as especificaes do cliente, responda s seguintes questes:

Composio (%) C Ni Mn Mo

Casca Dianteira (AISI 4620)

0.2 1.83 0.55 1.0

Composio (%) C Ni Cr Mn Si

Casca Posterior (AISI 304)

0.08 9.5 18.5 2.0 1.0

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Grupo I (Continuao) Caso Prtico tempo estimado: 1h15min 1. (1.0 valores) Caracterize o caso prtico, nos seguintes termos: Srie a produzir; Nvel de qualidade global; Materiais envolvidos; Geometria global (incluindo o esboo das peas, com indicao das espessuras das peas, nas suas diversas zonas, respeitando as regras bsicas do desenho tcnico); Local de realizao, e no caso da tecnologia de fundio, Rigor dimensional e Acabamento superficial. 2. (2.0 valores) Analise comparativamente a potencialidade de utilizao dos seguintes processos de soldadura, para o cordo de soldadura a realizar neste caso prtico.

Soldadura por Difuso

Soldadura por Fios Fluxados (indique o tipo de fio e gs de assistncia)

Soldadura por Elctrodo Revestido (indique o tipo de elctrodo)

Soldadura Plasma (indique o tipo de corrente e respectiva polaridade) 3. (2.0 valores)

a) Discuta a susceptibilidade de ocorrncia dos problemas metalrgicos que conhece, no cordo de soldadura. Justifique a sua resposta, tendo em conta todas as condies em que o cordo foi realizado.

b) Para os casos de maior susceptibilidade de ocorrerem, refira ainda como procederia para evitar, ou pelo menos diminuir, a referida susceptibilidade de ocorrncia.

4. (2.0 valores) Analise comparativamente a potencialidade de utilizao dos processos moldao que conhece, para realizar o componente que se deseja construir por fundio. Inclua na sua resposta, caso se aplique, uma referncia ao tipo de macho e material que utilizaria para o modelo. 5. (2.0 valores)

a) Discuta a susceptibilidade de ocorrncia de problemas metalrgicos (macroestruturas de fundio) e defeitos que conhece, na pea fundida.

b) Para os casos de maior susceptibilidade de ocorrerem, refira ainda como procederia para evitar, ou pelo menos diminuir, a referida susceptibilidade de ocorrncia.

6. (2.0 valores) Analise comparativamente a aplicabilidade dos processos de Controlo No-Destrutivo que conhece, no presente caso prtico.

a) Que ensaio(s) escolheria para determinar a integridade da pea produzida pela tecnologia de fundio?

b) Que ensaio(s) escolheria para determinar a integridade do cordo de soldadura?

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Grupo II Perguntas Diversas (5.0 valores) tempo estimado: 30min 1. (1.0 valores) Identifique os diversos tipos de defeitos que so mais comuns de ocorrer em juntas ligadas por adesivos. Nota: utilize os cdigos D1 a D6, para identificar os defeitos representados na seco transversal de uma junta colada genrica, apresentada na figura abaixo.

2. (1.0 valores) Represente graficamente a evoluo tpica da resistncia de um polmero termoplstico, ao longo de um ensaio de traco uniaxial (grfico: Fora versus Deslocamento). 3. (1.0 valores) Represente graficamente como evolui a resistncia mecnica ao corte, com o comprimento de sobreposio, para uma junta sobreposta (grfico: Fora de resistncia mxima versus Comprimento de sobreposio). Nota: considere a junta sobreposta com largura constante, muito superior espessura dos materiais a ligar. NOTA IMPORTANTE: Nas perguntas seguintes, seleccione de entre as 4 respostas apresentadas, quais as correctas. Tenha em considerao, que o nmero de respostas correctas pode variar entre 0 e 4. Critrio de Avaliao: +0.25 valores por cada alnea correcta e -0.25 por cada alnea incorrecta 4. (1.0 valores) De entre as diversas formas de transferncia metlica do fio elctrodo para o banho de fuso, na soldadura MIG, pode-se afirmar:

a) A forma de transferncia por curto-circuito baseia-se na fora de tenso superficial que se estabelece entre o banho de fuso e a coluna de fio lquido, durante os breves momentos de extino do arco elctrico (curto-circuito), durante os quais a tenso diminui at valores quase nulos e a intensidade de corrente aumenta.

b) Em polaridade directa no possvel estabilizar a transferncia metlica estvel do fio elctrodo para o banho de fuso, devido s foras electromagnticas.

c) A transferncia por spray, adequada para realizar enchimentos em soldadura na posio horizontal ao baixo, apesar de no depender da fora gravitica para a transferncia metlica.

d) A transferncia drop-spray, ou gota a gota, caracterstica da soldadura com corrente pulsada, sendo tipicamente associada ao controlo sinrgico dos equipamentos de soldadura.

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5. (1.0 valores) Os equipamentos de fuso, elaborao do metal lquido e injeco nos moldes, com as caractersticas requeridas so um elo muito importante na cadeia de obteno de produtos de fundio, assim, pode-se afirmar:

a) Os fornos de cadinho so pouco usados para materiais ferrosos, sendo mais usados para a elaborao de ligas metalicas no-ferrosas.

b) O enchimento por gravidade sempre prefervel ao enchimento com aparelhagem de injeco.

c) Nos fornos elctricos de induo, prefervel utilizar corrente de baixa frequncia, para evitar maiores agitaes do banho e para os fornos durarem mais.

d) Os fornos convertidores produzem ao de qualidade superior a todos os restantes fornos.

Grupo III Anlise Quantitativa (4.0 valores) tempo estimado: 30min

Considere os seguintes materiais de adio:

Composio C (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Ni (%) Nb (%) Mo (%)

Metal A 0.1 0.5 2.0 2.0 1.0 2.5 0

Metal B 0.05 1.0 1.0 35.0 0 1.0 5.0

Metal C 0.06 0.4 2.5 32 22 6.0 4.0

Utilizando o diagrama de Schaefler (que se encontra em anexo) determine qual o material de

adio que seria o mais aconselhvel para a execuo do cordo de soldadura realizado por

um processo de fuso, do caso prtico proposto no Grupo I.

Considere uma taxa de diluio de 40%, e que a contribuio para o banho de fuso da casca

dianteira metade da casca posterior.

Importante: Justifique detalhadamente todo o procedimento de seleco e a sua escolha final. Recordando O material da casca dianteira um ao nquel molibdnio AISI 4620, de composio:

Composio (%) C Ni Mn Mo

Casca Dianteira (AISI 4620)

0.2 1.83 0.55 1.0

O material da casca posterior um ao inoxidvel austentico AISI 304, de composio:

Composio (%) C Ni Cr Mn Si

Casca Posterior (AISI 304)

0.08 9.5 18.5 2.0 1.0

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Diagrama de Schaeffler: Identificao do Aluno: Nome: Nmero: