Ligações - Soldadas

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  • Estruturas de Ao

    Introduo Trao Compresso Ligaes Parafusos Rebites Soldas VOLTAR

    Ligaes - Soldadas

    SOLDAS

    H dezenas de anos vem-se empregando solda para unio de elementos metlicos. Contudo so duas as principais categorias: soldas realizadas utilizando-se propriedades das misturas de gases (maarico de oxignio e hidrognio ou acetileno) ou as soldas que se realizam mediante energia eltrica (emprego de eletricidade, provocando arco voltaico).

    A soldagem feita pela fuso do ao. A qualidade da unio est submetida influncia de numerosos fatores com: - propriedades fsicas e qumicas do eletrodo e do metal base, - condies de execuo, - ao dos agentes exteriores como o ar e temperatura.

    Com a soldagem o material base sofre transformaes fsico-qumicas acentuadas, o que pode influenciar na resistncia da junta soldada. Por isto, importante a qualidade do metal.

    Quando o material no soldvel, o arco endurece o metal tornando frgil a sua estrutura.

    Ao soldvel: grande pureza, grande alongamento, boa resilincia, gros finos.

    Eletrodos revestidos - solda de melhor qualidade.

    Soldas Eltricas - corrente contnua ou alternada.

    Solabilidade a capacidade que tem o material de resistir a certo tipo de processo de soldagem sem perder suas propriedades mecnicas.

    Ligaes Soldadas

    -Ligao de metais por fuso.

    Vantagens: 1) Simplicidade dos detalhes de projeto, eficincia e peso mnimo so obtidos porque a

    transmisso dos esforos a mais direta possvel;

    Custos de fabricao reduzidos: manuseio de menor nmero de peas e eliminao das operaes de puncionamento, perfurao e alargamento de furos.

    Economia em peas tracionadas: no h reduo na rea bruta para furos;

    nica ligao para chapas que veda a passagem de lquidos e gases. Ideal para tanques de estocagem de gua, leo, navios, etc.

    Aspecto esttico: ligaes soldadas permitem solues estruturais mais bonitas;

    Ligaes simples entre peas com superfcies no planas. Ex.: tubos;

    Usadas com facilidade no reparo de estruturas existentes.

    Desvantagens em relao ligaes parafusadas:

    Exige operrios especializados (qualificados);

    Inspeo mais difcil;

    No permite desmontagem simples;

    Mais difcil de ser executada no campo;

    Tenses Residuais, tenses residuais e deformaes residuais, maior risco de fadiga.

    Mtodos de solda e tipos de eletrodo

    A) Solda por Arco Voltaico com Eletrodo Revestido:

    (solda manual)

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  • O gerador produz corrente contnua ou alternada controlada. O calor produzido pelo arco voltaico funde parte do metal base (partes que esto sendo ligadas) e funde tambm a extremidade do eletrodo, que se deposita na ligao. A transferncia do metal fundido do eletrodo para as peas se d naturalmente sem que o soldador exera presso do eletrodo contra as peas.

    O revestimento do eletrodo transformado em:

    gases de proteo que impedem que o oxignio e o nitrognio do ar entrem em contato com o metal fundido no arco e no local onde depositado. A combinao desses elementos com o metal podem torn-lo frgil.

    escria que sobrenada a piscina de metal fundido depositado protegendo-o contra o contato com o oxignio e nitrognio do ar e depois de solidificada forma uma capa que protege e retarda o resfriamento do metal.

    parte do revestimento absorvida pelo metal da solda, so redutores que refinam a estrutura granular do metal da solda.

    Solda por Arco Submerso

    (perfis soldados)

    Usadas comumente nas fbricas para soldas automticas ou semi-automticas.

    A solda pode ser feita com um ou mais eletrodos nus. O arco eltrico e o metal fundido ficam protegidos por uma camada de material fusvel granular chamado fluxo. O tubo da direita deixa cair o fluxo. Parte do fluxo se funde formando uma capa (escria) sobre a solda. ( o fluxo fundido tambm modifica a composio qumica da solda). Outra parte permanece sob forma de gros e recuperada pelo tubo aspirador da esquerda. As soldas por arco submerso so geralmente muito uniformes e de alta qualidade.

    A penetrao da solda feita por arco submerso maior que as feitas por outros mtodos.

    Solda por Arco com Gs

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  • Usada nas fbricas de forma automtica ou semi-automtica. O eletrodo um arame flexvel que desenrolado e fornecido automaticamente pelo equipamento de solda. A proteo do metal fundido (extremidade do eletrodo e metal base) feita por uma atmosfera de gases (geralmente CO2) fornecidos simultaneamente com o eletrodo.

    Solda com material fusvel no ncleo do eletrodo

    Neste caso o fluxo vem dentro do eletrodo que pode ento ser enrolado e fornecido automaticamente pelo equipamento de solda. Pode haver ou no proteo com gs.

    Tipos de Eletrodo

    - O eletrodo especificado em projeto.

    - So escolhidos de acordo com: metal base, posio de soldagem, equipamento disponvel.

    Em solda por arco com eletrodo revestido (manual) usual adotar: (vide pg. 75 - NBR 8800)

    OBS.: Sempre que possvel adotar E70.

    - Especificao do Eletrodo:

    Exemplo: E 70 1 2

    E Eletrodo

    70 fu, solda em ksi

    1 posio em que o eletrodo usado capaz de fazer boa solda { 1- todas

    { 2- plana e horizontal

    { 3 - plana

    Ao Eletrodo fw

    MR 250 E 60 ou similar

    E 70

    60 ksi 415 MPa

    AR 345 E 70 ou similar 70 ksi 485 MPa

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  • 2 tipo de corrente e revestimento

    ex.: 2 - { corrente contnua ou alternada, revestimento em p de ferro e titneo.

    II - Classificao das soldagens

    - Tipo de junta (a) (quanto geometria formada)

    - Tipo de solda (b)

    - Quanto a posio da solda ( c )

    Tipo de Junta:

    - junta de topo *

    - junta em T *

    - junta em cruz *

    - junta em quina em L ou de ngulo

    -junta de rebordo ou de aresta paralela

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  • - junta sobreposta *

    - junta com tala de reforo *

    Tipo de solda

    ENTALHE

    FILETE

    - feita com deposio do material em forma triangular ou com hipotenusa convexa

    - feita a verificao das faces de transferncia de carga (com o material base)

    Bujo

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  • III- Posio de soldagem

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  • A posio preferencial para soldagem a posio plana.

    O metal fundido da solda depositado pela ao de um campo eletromagntico e no pela ao da gravidade e por isso possvel fazer soldas at na posio sobrecabea, que a mais difcil e deve ser evitada.

    IV - Representao Esquemtica das soldas e Simbologia:

    Solda de Filete:

    a - t (mm)

    b - L (mm)

    c - tipo de eletrodo ou qualquer outra referncia

    OBS.: A cauda pode ser omitida quando no h referncia

    Solda de entalhe:

    Tipos de solda de entalhe:

    OBS.: Os exemplos desenhados acima so para ligaes de topo.

    Os outros tipos de solda de entalhe ( "U", duplo "U", "J" e duplo "J") so usados rarissimamente, porque a preparao da chapa fica muito cara e no compensa a economia de solda. (Usados nos EUA para soldar chapas grossas).

    As soldas de entalhe podem ser feitas com penetrao parcial ou penetrao completa. O usual faz-las com penetrao completa (com penetrao parcial a resistncia menor, claro!)

    Solda de bujo:

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  • O lado onde a seta aponta o lado da execuo do trabalho quando o smbolo se encontra na parte inferior da seta. Caso o smbolo esteja na parte superior da seta significa que a solda no lado oposto aonde aponta a seta.

    solda feita em campo

    solda feita em toda a volta

    DICIONRIO Entalhe

    Contra-solda

    Filete

    Tampo

    Sem Chanfro

    Chanfro em bisel

    Chapa de espera

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  • Separador

    Solda em toda a volta

    Solda de campo

    Plano

    Convexo

    Tipo de acabamento

    Tipo de contorno

    Abertura da raiz

    Dimenso em mm

    Linha de referncia

    Especificaes

    Pode ser omitido

    Smbolo bsico da solda

    ngulo do chanfro

    Comprimento do cordo (mm)

    Passo (espaamento centro a centro de cordo)

    Soldar em toda a volta

    Solda de campo (a bandeira deve apontar para trs)

    Indica o local da solda . Quebrar a linha como em A ou B para indicar qual a pea chanfrada numa solda de entalhe em bisel.

    Escrever sempre da esquerda para a direita na linha de referncia na seguinte ordem: dimenso, smbolo da solda, comprimento e passo, independente da direo da seta.

    A perna do smbolo de solda perpendicular linha de ref. Deve ficar esquerda.

    Problemas relativos execuo de ligaes soldadas:

    Controle de deformao/tenses residuais:

    Quando uma solda esfria, ela retrai provocando deformao ou, se esta impedida, provocando teses residuais. A figura abaixo mostra uma ligao em t. feita a solda de filete da esquerda que esfria e deforma a pea ( desenho exagerado (b)). Em seguida feita a solda da direita que comea a esfriar quando a outra j est fria. A pea tende a voltar posio original e instalam-se tenses residuais de trao em ambas as soldas!

    Para minimizar estes problemas, sugerem-se usar o mnimo necessrio de metal solda, o mnimo possvel de passes, deformar ou deslocar as chapas antes de soldar, pr-aquecer as chapas, realizar alvio de tenses por ps-aquecimento, etc..

    Defeitos em soldas

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  • Os defeitos mais comuns em soldas so (ver figura abaixo):

    e (b) Mordedura

    ( c ) e (d) Fuso insuficiente

    e (f) Penetrao incompleta

    (g) Incluso de escria

    Porosidade - bolsas de gs

    Trincas

    As causas destes defeitos so geralmente: limpeza mal feita das chapas, corrente insuficiente ou em excesso, solda muito rpida ou lenta, eletrodo distante da solda, falta de pr-aquecimento, resfriamento rpido, etc..

    Inspeo e controle de qualidade das soldas

    Sugestes para conseguir boas soldas:

    Seguir os procedimentos das normas e recomendaes (AWS, AISC) , etc.

    S usar soldadores pr-qualificados

    Usar inspetores qualificados

    -Inspeo de soldas:

    Inspeo visual : verificao das dimenses das soldas com gabaritos, verificao da existncia de fissuras e poros com lupas.

    Inspeo com lquido penetrante: Aplica-se um lquido que penetra em poros e fissuras. Limpa-se a superfcie e aplica-se outro lquido revelador que indica estes defeitos

    Inspeo com mtodos radiogrficos e ultrasom.

    Limite do tamanho de solda ( t ) soldas pequenas em dimenses grandes de chapa, introduzem calor

    nas chapas na hora da solda que demora para resfriar. A solda no

    deve ser resfriada imediatamente porque mudar a composio da

    solda que pode ou no enfraquec-la e ento perder ductilidade.

    No caso de cargas estticas, a norma permite o comprimento de solda exigido seja distribudo igualmente em filetes de comprimentos iguais como a seguir (fig. a):

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  • No caso de solicitaes repetidas, a norma exige que a solda seja com comprimentos proporcionais aos esforos que resistem quele passando pelo C.G. (fig. b).

    Ligaes por transpasse (superposio):

    Transpasses muito reduzidos ocasionam deformaes nas chapas.

    Soldas em extenses curtas para barra chata acarreta que: provoca um apoio tipo viga bi-apoiada como mostra a figura acima

    Exerccios:

    1) Dados: Solda de entalhe Qual o L da chapa?

    Penetrao total

    N normal a seo efetiva de solda

    Eletrodo E70XX

    Ao MR250

    Nd = 300 KN

    h chapa = 19 mm

    Soluo:

    Verificao Solicitao < Resistncia

    s < Rd OBS. : s = Nd

    Rd = Rn = { =0,9 Como no foi dito ngulo do chanfro, assumir como sendo acima de 60

    { Rn = Aw fy

    Aw = h x L { h =19 mm

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  • { L = a definir

    fy = 250 MPa

    Rd = 0,9 (19 L) (250 x 10 -3) (KN)

    Rd= 4,275 L (KN)

    Solicitao deve ser < Rd

    300 = 4,275 L

    L = 300 / 4,275 = 70,2 mm

    Vou usar chapa de 19 x 75 mm , ento:

    2) Dados: Ao AR345

    Eletrodo E70XX

    Calcule F mximo (considere j de uma combinao de carga). F = Fd

    Resoluo:

    Solda de entalhe

    Penetrao Parcial

    Esforo tipo "cisalhamento"

    Verificao: F = Rd

    Calcular resistncia Rd: 1) Metal base: Rd= Rn = { =0,90

    { Rn = 0,60 Aw fy

    2) Metal solda: Rd = Rn = { =0,75

    { Rn = 0,60 Aw fw

    45 < = 50 < 60 {h = h - 3mm

    { h = 16 mm

    { h = 16 - 3 = 13mm

    Aw = R x L = 13 x 100 = 1300 mm

    Escoamento metal base:

    Rd = Rn = 0,9 x [ 0,6 x 1300 x 345 x 10 - 3]

    Rd = 242,2 KN

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  • Rutura solda:

    fw ( Eletrodo E70 fw = 485 MPa)

    Rd = Rn = 0,75 [ 0,6 x 1300 x 485 x 10 - 3]

    Rd = 283,7 KN

    A fora mxima de clculo solicitante dever ser menor que o menor valor de Rd (resistncia). i.e., igual ao mximo 242,2 KN.

    Fmx = 242,2 KN

    3) Dados: Ao MR250

    Eletrodo E60

    Aw = (10 x 200) + [ (16 - 3) x 200] = 4600 mm

    Esforo tipo " Normal eixo solda"

    Metal base Rd = 0,9 x 4600 x 250 x 10-3 = 1035 KN

    Metal solda Rd = 0,75 x 0,6 x 4600 x 415 x 10-3 = 859 KN

    Fmx = 859 KN

    4) Dados: Ao MR250

    Eletrodo E60

    Supor que a carga Fd de clculo atue sem excentricidade

    Determinar o tamanho de filete necessrio.

    Soluo: -Solda de filete

    - Esforo tipo "cisalhamento"

    Metal base: Rd = Rn { = 0,90 Rn = 0,60 AMB fy

    Metal solda: Rd = Rn { = 0,75 Rn = 0,60 AW fw

    AMB (1 filete) = b x L = b x 150

    (so dois filetes) AMB = 2 x b x 150

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  • fy = 250 MPa

    Aw ( 1 filete) = b x v 2 / 2 L = b x 0,707 L = b x 0,707 x 150

    (so dois filetes) Aw = 2 x b x 0,707 x 150

    fw = 415 MPa

    Verificao do metal base:

    Rd = 0,9 x 0,6 x 2 x b x 150 x 250 x 10 -3 = 40,5 b

    Verificao do metal da solda:

    Rd = 0,75 x 0,6 x 2 x b x 0,707 x 150 x 415 x 10 -3 = 39,6 b

    Solicitao = menor Rd

    300 KN = 39,6 b

    b = 300 / 39,6 = 7,6 mm

    Vou determinar filete mnimo.

    Maior espessura entre chapas (12,5 e 19 mm) 19 mm a maior

    At 19 mm 6 mm

    Vou usar filete duplo de 8 mm.

    5) Dados: Ao MR250

    Eletrodo E60

    Fd = 200 KN

    Solda feita por processo de arco submerso

    Calcule L.

    Valor mnimo do filete:

    Metal base - 37,5 mm }

    - 25 mm } 8 mm

    Foram utilizados filete de 8 e 10 mm OK!

    Soluo:

    - Solda de filete (duplo)

    - Esforo tipo " cisalhamento"

    Verificao:

    Metal base:

    AMB = 8 x L + 10 x L = 18 L (mm )

    Rd = Rn = 0,9 x 0,6 x AMB fy

    = 0,9 x 0,6 x 18 L x 250 x 10-3= 2,43 L

    Metal da solda:

    Aw = 8 x 0,707 L + (10 x 0,707 + 2,8) L = 15,5 L

    obs.: b > 9,5 mm somo 2,8 mm ( arco submerso)

    Rd = Rn =0,75 x 0,6 Aw fw

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  • = 0,75 x 0,6 x 15,5 L x 415 x 1010-3= 2,9 L

    Fd = Rd

    200 KN = 2,43 L

    L = 200 / 2,43 = 82,3 mm

    Vou usar chapa de 25 mm com L = 85 mm.

    Dimensionar usando: a) ligao soldada; b) ligao parafusada; conforme croqui usar parafuso 19 mm; pea principal selecionar perfil dupla cantoneira; espaamento de 7,9 mm. Ao tipo MR 250.

    a)

    b)

    G = 100 KN {carga permanente}

    Q = 400 KN { carga varivel} { Para combinao normal com grande variabilidade }

    Clculo da solicitao:

    Si = gG + qiQi + qnQi

    = 1,4 x 100 + 1,4 x 400

    Caso as cargas fossem discriminadas:

    Q = 400 KN carga varivel Distribuda em: { 200 KN temperatura

    { 100 KN vento

    { 50 KN sobrecarga peso

    { 50 KN ponte rolante

    iSi = 1,4 x 100 + 1,2 x 200 + 1,4 [0,6 x 100 + 0,8 x 50 x 0,7 x ] = 610 KN

    * Enunciado em construo

    carga permanente grande variabilidade

    comb. Construo:

    g = (grande variabil.) = 1,3

    catlogo { Ag = 27,11 cm

    { r mn = 1,67 cm

    Canton. Simples Ag = 14, 5 cm

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  • rx = 3,2 cm

    ry = 2,72 cm

    Canton. Dupla Ag = 29 cm

    rx = 3,2 cm

    ry = 3,88 cm

    r = v (I/A)

    Iy = (Iy+ Ad )

    Iy = 2 (108 + 14,5 x 2,76 ) = 437 cm4

    d = 0,79 / 2 + 2,36 cm = 2,76 cm

    r = ry = = = 3,88 cm

    { iSi =610 KN

    { iSi = Rd = Rn

    Cond. Extrem. Soldada:

    Rd = 0,9 x Ag fy

    610 = 0,9 x Ag x 250 Estimei Ag=27 cm

    Ag = 27 cm l/r < 240

    r mn > 1,67 cm Estimei r mn = 1,67 cm

    Entrando na tabela:

    ou usar:

    b) extremidade:

    escoamento da seo bruta (ver item a)

    Rutura da seo lquida

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  • Si = Rd = Rn = 0,75 { Na fu

    610 = 0,75 x Na x 400 x 10-3

    parafuso = 19 mm

    calc. = 19 + 4 = 23 mm

    Cadeia 1:

    An = Ag - N x t = 2 x [ 1450 - 23 x 7,9] = 2537 mm

    so duas cantoneiras

    q = (demais cargas variveis) = 1,2

    i Si = g G + q Q

    = 1,3 x 100 + 1,2 x 400 = 610 KN

    Estimar dupla cantoneira:

    Escoamento da seo lquida:

    i Si = Rn

    i Si = 610 KN

    Rd = Rn (trao com extremidade soldada)

    Rd = 0,9 x Ag x fy

    Rd = 0,9 x (Ag x 250) x 10-3 (KN)

    610 = 0,9 Ag x 250 x10-3 Ag = 2711 mm = 27,11 cm

    Esbeltez ( /r):

    /r = 240 (peas principais) } NORMA

    /r = 300 ( peas secund.) }

    No haveria problema com a esbeltez nas barras tracionadas. A norma limita pelo aspecto visual.

    Considerando estrut. Princ.:

    /r = 400/r = 240 r = 400/240 = 1,67 cm

    Garantindo que as duas cantoneiras trabalhem juntas, a rigidez aumenta.

    Bn = bp - N = 208 - 23 = 185 mm

    A + B x t = 208

    A = 30,6 cm > 27

    rx = 4, 85 cm > 1,67 cm

    ry = 2,92 cm > 1,67 cm

    Cadeia 2:

    bn = 208 - 2 x 23 + 50 /( 4 x 44) = 176

    Na = 176 x 7,9 = 1392 mm

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  • 2 cantoneiras Na = 2784 mm

    rea lquida efetiva:

    Ae = Na x ct

    ct = 0,85 { cant.

    { 3 furos/ linha furao

    Ae = 0,85 x 2784 = 2366 mm

    Si = Rd = Rn = 0,75 { Na fu

    { Ae

    610 = 0,75 x 2366 x 400 x 10-3

    610 = 709,8 KN (OK!)

    Pgina projetada e desenvolvida por Jmenezes Arte Livre ltima atualizao:

    23 Out 2002 18:13:36

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