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] DEM

PREFÁCIO

Este trabalho investigativo, reflecte de uma poligamia de ideias dos autores, Na qual

apresentou-se a explicação das fórmulas das equações matemáticas de um cordão de solda, para efeito

A metodologia adoptada foi dividir todo o assunto em vários subtemas, iniciando 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 Página 1


ÍNDICE

Introdução..................................................................................................................................................3

Objectivo....................................................................................................................................................4

1-Dimensionamento clássico de cordões de solda.....................................................................................5

1.1- Resistência de soldas de topo.............................................................................................................6

1.2-Resistência de soldas de filete.............................................................................................................7

2-Método baseado no esforço total da junta..............................................................................................9

3-Juntas submetidas a esforços normais..................................................................................................10

3.1- Juntas submetidas a esforços cisalhantes..........................................................................................11

3.2- Juntas submetidas a momentos flectores..........................................................................................12

Exercício prático......................................................................................................................................14

Conclusão.................................................................................................................................................15

Bibliografia..............................................................................................................................................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.



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.



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

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.



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.

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:

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;

• 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.

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:

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:

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:

Substituindo-se θ = 45°, obtém-se:



Exercício prático

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.

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.

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.

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

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



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/


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


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.

Se falaram sobre cromagem não acham Zincagem e niquelação,


Documents

Soldadura formulas para calculos