ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS I AATT-096096 - Aula 10.pdf · o repuxamento e as tensões de contração. UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS ... pela infusão de ferro fundido, que consiste

ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS IELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS IATAT--096096

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

Dr. Alan Dr. Alan SulatoSulato de Andrade de Andrade

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UNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOSUNIÕES FIXAS PARA ELEMENTOS


UNIÕES FIXAS:

� Uniões fixas são aquelas que se caracterizam pelaimpossibilidade de separar as peças previamenteunidas sem danificar o conjunto.unidas sem danificar o conjunto.

BA BA

União de dois elementos Tentativa de separação

União


UNIÕES FIXAS:

Junção de peças


UNIÕES FIXAS:

� Os procedimentos que são mais utilizados e quemerecem destaque são:

� Soldagem,� Brasagem,� Colagem.


UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM

� Consiste na união de dois materiais pela fusão domaterial na região de contato entre as partes, com oumaterial na região de contato entre as partes, com ousem adição de material, isto ocorre mediante oemprego de calor e/ou força, formando assim, umaligação permanente, a qual não pode ser dissolvidasem haver o comprometimento dos elementos.


UNIÕES FIXAS:SOLDAGEM Linha de solda

Elemento A Elemento B



� A definição da American Welding Society - AWS nosdiz: "Processo de união de materiais usado paradiz: "Processo de união de materiais usado paraobter coalescência (junção de duas ou mais partes)localizada de metais e não-metais, produzida poraquecimento até uma temperatura adequada, comou sem a utilização de pressão e/ou material deadição."



� A história da soldagem mostra que desde as maisremotas épocas, muitos artefatos já eramconfeccionados. Foram descobertos alguns comremotas épocas, muitos artefatos já eramconfeccionados. Foram descobertos alguns commais de 4000 anos; a soldagem por forjamentotambém tem sido utilizada há mais de 3000 anos.



� A técnica da moderna soldagem começou a sermoldada a partir da descoberta do arco elétrico, bemcomo também a sintetização do gás Acetileno nomoldada a partir da descoberta do arco elétrico, bemcomo também a sintetização do gás Acetileno noséculo passado, o que permitiu que se iniciassemalguns processos de fabricação de peças, utilizandoestes novos recursos. Com o advento da PrimeiraGuerra Mundial, a técnica da soldagem começou aser mais utilizada nos processos de fabricação; aSegunda Guerra Mundial imprimiu grande impulso natecnologia de soldagem, desenvolvendo novosprocessos e aperfeiçoando os já existentes.



Solda manual



Solda semi-mecanizada



Solda mecanizada



� Uma das principais características das uniõessoldadas é que quando devidamente projetadas sãosoldadas é que quando devidamente projetadas sãomais leves que as peças fundidas e que as peçasrebitadas de mesma rigidez e resistência.



� Os principais inconvenientes seriam quanto adificuldade de se verificar a qualidade da junçãodificuldade de se verificar a qualidade da junçãosoldada. Outro ponto seria quanto a sua execução,esta requer cuidados especiais principalmente como repuxamento e as tensões de contração.



� Tipos:



� Há dois processos distintos de soldagem:

� Processo de fusão,� Processo de pressão - caldeamento.



� Processo de fusão:Consiste em aquecer a área a ser soldada com umaConsiste em aquecer a área a ser soldada com umafonte concentrada de calor que leva à fusãoincipiente do metal, devendo-se adicionar metal deenchimento na junta.



� Processo de fusão:

Solda



� Processo de caldeamento:As peças a serem unidas são aquecidas somente atéAs peças a serem unidas são aquecidas somente atéo estado plástico avançado, ao mesmo tempo emque são forçadas umas contra as outras pelaaplicação de pressão externa. Este processo exigemetais de boa condutibilidade térmica, para evitar osurgimento de tensões internas.



� Processo de caldeamento:

Solda



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



� Outro processo que merece destaque é a soldagempela infusão de ferro fundido, que consiste em verterpela infusão de ferro fundido, que consiste em verterferro fundido em pontos defeituosos de peçasfundidas.



� Infusão de ferro fundido:



� Formato das junções e dos cordões de solda:Os cordões são classificados segundo o formato daOs cordões são classificados segundo o formato dajunção, que é posição relativa das peças a seremsoldadas uma à outra. Os cordões de solda pode serde dois tipos: angulares e de topo.



Solda de topo e angular



� Junções de topo:Essas junções são utilizadas em chapas e vigasEssas junções são utilizadas em chapas e vigascontínuas. São mais caros, mas suportam maiorescargas estática ou dinâmica que os cordõesangulares. Pode-se elevar a resistência com asoldagem das raízes dos cordões e posteriorusinagem dos cordões.



� Junções em TEssa junção é feita com cordões de solda angularesEssa junção é feita com cordões de solda angularesplanos, suportando menores cargas que a junção detopo. Para resistir a cargas dinâmicas, prefere-se ocordão angular côncavo em relação aos de outrostipos.



� Junção angular de extremidadeA junção angular de extremidade suporta menoresA junção angular de extremidade suporta menorescargas que a junção T.



� Junções



� Junções



� Junções



� Junções


� Dimensionamento da solda: inicialmente existe anecessidade de se conhecer os tipos de solicitações


necessidade de se conhecer os tipos de solicitaçõesencontradas nos elementos que serão unidos. Estassolicitações podem ser frontais, obliquas e laterais.Com esta informação pode-se calcular as tensões ecompará-las com as tensões admissíveis (A tensãoadmissível é uma característica do material que estásendo utilizado e indica até quanto o materialagüenta antes de se romper após um carregamento).



Tensões diretas

Diferentes classes de solicitação

M

Tensões diretasUniformemente distribuídas

Tensões SuperpostasTorção ou Flexão ou ambas

Resultando em umacombinação vetorial



� Tração e Compressão:Os esforços de tração como de compressão podemOs esforços de tração como de compressão podemser obtidos por:

Observe que o valor de h não incluí o reforço, que éutilizado para compensar possíveis falhas e produzconcentrações de tensões.



� Tensões nos filetes de solda:



� Cisalhamento:A tensão média de cisalhante é:A tensão média de cisalhante é:






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






� Torção:A força cisalhante causa um cisalhamento primárioA força cisalhante causa um cisalhamento primárionas soldas:

O momento causa uma torção, cujo valor será:



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



� Torção:Se considerarmos cada cordão de solda como sendoSe considerarmos cada cordão de solda como sendouma linha, o momento de inércia unitário resultanteserá equivalente ao unitário. A vantagem dessaconsideração é que o momento de inércia unitário (Ju)independe das dimensões da solda.



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

Desta forma, a torção na solda será:



� Torção:Onde:Onde:



� Ju:



� Flexão:Uma barra soldada a um suporte é solicitada medianteUma barra soldada a um suporte é solicitada medianteum esforço de flexão.



� Flexão:O diagrama de corpo livre mostraria uma reação de corte V e 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:

I=momento de inércia, M=momento de flexão, c=distancia referente a linha neutra e porções mais externas



� Flexão:Embora não rigoroso, pode-se assumir que na solda aEmbora não rigoroso, pode-se assumir que na solda atensão age perpendicularmente à área de penetração.Desta forma, pode-se admitir as soldas como linhas eestabelecer uma relação entre o momento de inérciabaseado na penetração e o unitário.



� Flexão:Essa relação é:Essa relação é:

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



� Iu:



� Iu:



� Devido ao carregamento variável, normalmente énecessário utilizar fatores de segurança (kf) paraajuste das tensões:ajuste das tensões:



� As soldas são normalmente especificadas pelaresistência à tração do material utilizado, seguida dedetalhes construtivos e das dimensões. Comodetalhes construtivos e das dimensões. Comoexemplo, a especificação da Associação Americana deSoldagem (AWS) é:

AWS ZZXX h1x h2 x L



� Nessa forma de especificação, a organização é citada,depois vem o tipo de solda (ZZ tipo de eletrodo, XXrepresentam características adicionais constantes narepresentam características adicionais constantes nanorma de especificação e as dimensões h1, h2 e Lrepresentam a dimensão lateral do filete de solda,a dimensão da outra lateral (perna) e o comprimentodo filete). Muitas outras formas de representar a soldasão normalizadas, dependendo da norma utilizadae da região onde essa se aplica. No Brasil, aAssociação Brasileira de Normas Técnicasrecomenda a especificação de forma semelhante ada AWS.





1.Revestimento2.Vareta3.Gás de proteção4.Poça de fusão5.Elemento base6.Metal depositado7.Solda solidificada





E 6010 (Na), 6011 (K)Grande penetração, solda em todas as posições, facilidade a produzir transferência metálicapor spray (desde que se utilize valores de corrente adequados), escória de pequeno volume easpecto vítreo, boas propriedades mecânicas, alto teor de umidade: E 6010 =>3 a 5% ; E 6011=> 2 a 4%,E 6012, E 6013E 6012, E 6013Média penetração, escória viscosa e densa, o E 6012 pode ser utilizado em correntesrelativamente altas já que seu revestimento possui pequenas proporções de celulose e umagrande proporção de materiais refratários, o E 6013 possui mais K que torna o arco maisestável.E 6020Média a profunda penetração, transferência por spray, escória espessa e de fácil remoção,revestimento ricas em óxido de Ferro e Manganês, altas taxas de deposição e poça de fusãocom metal muito fluido, o que obrigará operar nas posições plana ou filete horizontal.E 7016Possui pouco ou nenhum elemento gerador de hidrogênio no arco (celulose, asbestos), sãocozidos em temperaturas entre 500 a 600° C para minimizar a retenção de água pelorevestimento, por isto, são recomendados para a soldagem de aços susceptíveis à trinca afrio.Eletrodos com pó de Ferro: E 7014, E 7018, E 7024, E 7027, E 7028, etc.



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



� Precauções para a soldagemPara evitar tensões residuais, contrações ePara evitar tensões residuais, contrações eempenamentos durante o processo de soldagem énecessário alguns cuidados especiais como se evitara aplicação excessiva em um dado ponto de calor evolume de solda aplicada. Obedecer à sequênciacorreta de soldagem e submeter, conforme o caso, aconstrução soldada a um tratamento térmicoapropriada para redução de tensões.



� Principais EPI’s aplicados em operação de soldagemQuando aplicável, os seguintes EPI’s são normalmente adotados:Quando aplicável, os seguintes EPI’s são normalmente adotados:a) Para proteção da cabeça- Capacete, Capuz/toucab) Para a proteção dos olhos e face- Óculos de segurança (partícula e luminosidade), Protetor facial, Máscara para soldagem / elmo (radiação, partícula e calor)c) Para proteção auditiva- Protetor auditivo / auriculard) Para proteção respiratória- Respirador purificador de ar (fumos, névoa e poeira)e) Para proteção do tronco- Avental (radiação não ionizante e partículas aquecidas)f) Para proteção dos membros superiores- Luva de segurança (calor e radiação), Manga e braçadeira, g) Para proteção dos membros inferiores- Bota de segurança, Perneira



� Precauções para a soldagem



� Após o processo de solda, estas devem sersubmetidas a exames não destrutivos para a detecçãode possíveis defeitos, os ensaios possíveis são:submetidas a exames não destrutivos para a detecçãode possíveis defeitos, os ensaios possíveis são:

- Inspeção visual.- Inspeção por líquidos penetrantes.- Inspeção por partículas magnéticas.- Inspeção por raio-x.- Inspeção por ultra-som.



EXERCÍCIO

Desafio 10:Pesquisar as principais técnicas de soldagem: TIG,MIG, MAG, Laser e outros.


UNIÕES FIXAS:BRASAGEM

� Uma operação parecida e confundida com soldagem éa brasagem, neste caso veremos que as peças nuncaa brasagem, neste caso veremos que as peças nuncase fundem, ao contrário do primeiro processo.



� Consiste na união de metais através do aquecimentoabaixo da temperatura de fusão dos mesmos,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 assuperfícies a serem unidas. Ao se resfriar, a juntaformada torna-se rígida e resistente.



Processo de brasagem em canos de cobre



Processo de brasagem em componentes eletrônicos

UNIÕES FIXAS UNIÕES FIXAS PARAPARA ELEMENTOSELEMENTOS


� Ao contrário da soldagem, o material de adição ou debrasagem é diferente e tem um ponto de fusão maisbaixo do que o material de base que está sendobaixo do que o material de base que está sendosoldado. A temperatura de liquefação do material debase não é atingida.



Processo de brasagem em canos de cobre



Elemento 1

Imagem demonstrando região metálica unida pelo processo de brasagem

Elemento 1

Linha de união

Elemento 2


� Os materiais de adição da brasagem são sempreconstituídos de metais puros ou ligas. As formascomerciais comuns são arames, varetas, chapas,


comerciais comuns são arames, varetas, chapas,fitas, barras, pós, pastas ou peças conformadas.



Formas comerciais de materiais de adiçãopara brasagem – Cortesia BRASTAK



� Para se caracterizar como brasagem, o metal deadição (B) deve sempre ter a temperatura de fusãoinferior a do material base (A), evitando-se assim ainferior a do material base (A), evitando-se assim adiluição do mesmo na junta.

T

A

B

Material



� O processo de brasagem é dividido em três tipos:

� Brasagem mole,� Brasagem mole,� Brasagem (propriamente dita),� Soldabrasagem.



� Brasagem mole:Também denominada como soldagem branca ousolda fraca. Muito semelhante ao processo desolda fraca. Muito semelhante ao processo debrasagem, diferencia-se pela menor resistênciamecânica e pela temperatura de trabalho do metal deadição sempre inferior à 450°C. Normalmente asfolgas 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 eisentas de poros, podendo unir entre si diversos tiposde metais como cobre e suas ligas, ferro, ferrofundido, zinco e aços inoxidáveis.



� Brasagem mole:Utilizada nos casos em que são pequenas as forçasagentes nas superfícies unidas e baixas asagentes nas superfícies unidas e baixas astemperaturas de trabalho. Como exemplos deaplicação de soldagem branda, citam-se: contatoselétricos; radiadores; reservatórios; indústriasópticas, cirúrgicas, alimentícias e de utensíliosdomésticos; reconstrução de áreas com defeitos edeformações nas carrocerias de veículos; latas erecipientes que devem ser estanques mas nãoestejam sujeitos a elevadas solicitações mecânicas.



� Brasagem mole:Os metais de adição possuem grande poder deumectação, e geralmente são produzidos a base deumectação, e geralmente são produzidos a base deestanho.



� Brasagem:Também denominada como solda forte. Utilizametais de adição com intervalo de fusãometais de adição com intervalo de fusãocompreendido entre temperaturas abaixo do pontode fusão do material base e acima de 450°C.Possibilita a obtenção de juntas lisas e isentas deporos, podendo unir entre si a maioria dos metaisferrosos e não ferrosos, com exceção do magnésio edos metais com baixa temperatura de fusão, comozinco e etc.



� Brasagem:A grande vantagem da brasagem é a possibilidadede união de metais dissimilares, como por exemplo: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 derefrigeração; uniões de componentes metálicos emgeral resistentes a diversos tipos de esforçosmecânicos; mecânica de precisão; indústria deeletrodomésticos e materiais elétricos; união deferramentas de carboneto de tungstênio (metal duro)entre outros



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



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



� Soldabrasagem:Diferencia-se do processo de soldagem devido atemperatura de intervalo de fusão do metal de adiçãotemperatura de intervalo de fusão do metal de adiçãoser inferior a menor temperatura de fusão dosmateriais base, sendo a estrutura cristalina dosmesmos menos afetada do que no processo desoldagem autógena.Possibilita a união de materiais dissimilares, comopor exemplo: aços carbono com cobre e suas ligas,bronzes, latões, ferros fundidos e ligas de níquel.



� Soldabrasagem:Como exemplos de aplicação de soldabrasagem,citam-se: reparos em ferro fundido e aços (mesmocitam-se: reparos em ferro fundido e aços (mesmotemperados); produção de estruturas leves de aço,especialmente de tubos e outros perfis como móveisde aço, suportes para letreiros, carrinhos de mão eetc.Os metais de adição mais utilizados são latão ealpaca, com temperatura de trabalho em torno de900°C.



� Comparação entre soldagem e brasagem:Vantagens da soldagem em relação a brasagem:� Maior resistência sob elevadas temperaturas de� 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.



� Comparação entre soldagem e brasagem:Vantagens da brasagem em relação a soldagem:� Menores: tempo de operação, consumo de� Menores: tempo de operação, consumo de

energia, modificação da estrutura do metal,tensão de resfriamento e deformação;

� Pequena ou nenhuma necessidade deacabamento posterior;

� Permite a junção de peças de pequenasdimensões e de difícil acesso e penetração;

� Maior facilidade na disjunção quando necessário ;� Possibilidade de união de uma gama diversificada

de materiais dissimilares.



A BC

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



A B C

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



A B

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


UNIÕES FIXAS:COLAGEM

� É um processo de união inter-metálica que consisteem unir partes metálicas ou não, através da adição deem unir partes metálicas ou não, através da adição deuma substância com grande poder adesivo.



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



� Consiste na deposição de uma certa quantidade de cola ou resina em uma ou ambas as superfícies 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.



Ancoragem física Afinidade química

Elemento 1

Linha de união

Elemento 2

Elemento 1

Linha de união

Elemento 2



� A colagem pode ser:� Instantânea,� Instantânea,� Não instantânea.

Algumas resinas podem necessitar de catalisadorpara que ocorra a cura.



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



� Epóxi:Uma resina epóxi ou poliepóxido consiste emUma resina epóxi ou poliepóxido consiste empolímero termofixo que se endurece quando semistura com um agente catalizador. As primeirastentativas comerciais de preparo da resinaaconteceram em 1927 nos Estados Unidos.



� Epóxi:

Estrutura química do polímero epoxi



� Epóxi:Hoje em dia as resinas epóxis são utilizadas por umaHoje em dia as resinas epóxis são utilizadas por umainfinidade de aplicações. Revestimento interno deembalagens de cerveja, refrigerante, cítricos, etc,são a base de resina epóxi. Placas de circuitoimpresso, encapsulamentos de componentes, pisosindustriais, pranchas de surfe, tintas anti-corrosivasentre outros.



� PVA:Acetato de Polivinila ou PVA é um polímero sintético.Acetato de Polivinila ou PVA é um polímero sintético.Ele é preparado pela polimerização do acetato devinila. Este resina foi descoberta na Alemanha em1912.



� PVA:

Estrutura química do PVA



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



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



� Fenólica:

Estrutura química da resina fenólica Baquelite



� Fenólica:Há uma grande variedade de aplicações. AsHá uma grande variedade de aplicações. Asprincipais são na forma líquida, as resinas fenol-formaldeído são usadas na impregnação de tecidose papéis, na fabricação de adesivos e em rebolos dotipo resinóide (como aglomerante), vernizes e lacas,e a união de componentes (resistência a umidade)

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