SOLDAGEM

1. Introdução

Junção de peças metálicas por contato e aquecimento.

Processos por fusão: fusão local das partes, necessidade de metal de adição (geralmente).Processos por pressão: aquecimento para aumento da plasticidade (sem fusão) e aplicação de

pressão.

2. Tipos de juntas

Juntas de topo:- flange (partes de até 3mm de espessura)- reta (3 a 8mm)- em V (14 a 16 mm)- em duplo V (16 a 20 mm)- em U (acima de 20mm)- em duplo U (acima de 20 mm)

Juntas sobrepostas: sobreposição de 3 a 5 vezes a espessura das chapas

Juntas de canto (com ou sem chanfro)

Juntas em T (com ou sem chanfro)

3. Metalurgia da Solda

Soldagem ocorre pela eliminação de óxidos superficiais e solução sólida dos metais envolvidos.

Aquecimento pode levar a fusão local, crescimento de grãos cristalinos ou mudança não significativa na estrutura das partes.

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Juntas de topo

Junta sobreposta

Juntas de canto

Juntas em T

Para soldagem com metal de adição e junta em V, obtém-se o esquema da figura a seguir.

A região 2 é formada pelo metal de adição, a região 3 é formada pela zona das partes que sofreram fusão e a região 4 se trata de uma zona que é aquecida e resfriada sem mudanças significativas na estrutura cristalinas.

Entre as regiões 3 e 4 existe uma zona em que o metal não é fundido mas, pela elevada temperatura, ocorre grande recristalização (crescimento de grãos) e diminuição das propriedades mecânicas de resistência e dureza.

Perguntas:1. Existe relação entre o perfil da junta soldada e a espessura das chapas?

2. Faça um esboço da metalurgia da solda, identifique a região menos resistente da solda e explique a diminuição da resistência.

4. Soldagem a gás

Realiza-se a fusão das partes e do metal de adição por chama obtida com a queima de mistura de gás combustível (acetileno, hidrogênio, butano, propano) e oxigênio.

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Gás mais comum: acetileno. Costuma-se chamar a soldagem de oxi-acetilênica.

Utilizada geralmente em serviços de reparo (baixo custo).

Não é utilizada na produção seriada pois apresenta baixa produtividade e alta dependência da habilidade do operador.

Equipamento utilizado na obtenção da chama: maçarico.- maçarico de baixa pressão: proporção constante entre gás combustível e oxigênio.- maçarico misturador: proporção pode ser controlada

Controlando-se a proporção de gases altera-se as características da chama, necessário para fusão de materiais variados.

5. Soldagem a arco elétrico

Fonte de calor: arco elétrico originado pela polarização da peça e do eletrodo.

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Maçarico de baixa pressão Maçarico misturador

A polarização pode ser contínua ou alternada (gerando corrente contínua ou alternada). Arco é mais estável em corrente contínua.

Tensões necessárias para formação do arco:- CC: 40 a 50 V- CA: 50 a 60 V

Para manutenção do arco são necessárias tensões mais baixas (15 a 30 V para eletrodo metálico, 30 a 35 V para eletrodo de carbono).

O metal de deposição é fundido e geralmente depositado na forma de gotas como mostra a figura a seguir.

O eletrodo pode ser consumível (se trata do próprio metal de adição) ou não consumível (fabricado em tungstênio ou carbono)

5.1 Soldagem com eletrodos revestidos

Eletrodo revestido:- alma metálica (material de adição)- revestimento composto de materias orgânicas e minerais

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O eletrodo é consumido.

Funções do revestimento:- formar nuvem gasosa protetora (evita oxidação da solda)- estabilizar o arco elétrico- formar escória que retarda o resfriamento da peça (escória deve ser posteriormente

removida)- introduzir elementos de liga

É possível a soldagem em posições variadas e o operador utiliza apenas uma das mãos. Mas a qualidade da solda depende fortemente da habilidade do operador.

5.2 Soldagem TIG

TIG – Tungsten Inert GasArco é formado por eletrodo não consumível de tungstênio e proteção atmosférica é obtida

pela cobertura de gás inerte (mistura de hélio e argônio).

Tungstênio suporta altas correntes, eletrodo pode ter diâmetro pequeno e assim uma menor área da peça é afetada pelo calor.

Pode-se soldar chapas de pequena espessura sem adição de metal (une-se as peças fundidas localmente).

5.3 Soldagem MIG-MAG

As soldagens MIG (metal inerte gas) e MAG (metal active gas) utilizam eletrodo consumível que é alimentado automaticamente. Proteção atmosférica é obtida de forma semelhante à do processo TIG.

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Proteção gasosa devido ao revestimento

Alimentação automática: deposição uniforme do metal de adição, baixa dependência da habilidade do operador e alta produtividade.

5.4 Soldagem a arco submerso

Eletrodo consumível sem revestimento.Proteção contra oxidação é obtida pela submersão do arco elétrico em fluxo granulado.

Fluxo é isolante térmico: concentra calor na região de interesse (eletrodo e peça)

Funções do fluxo:- proteger contra oxidação- estabilizar o arco- formar camada superficial que retarda o resfriamento da peça- evitar respingos (100% do material é depositado)

Parte não fundida do fluxo pode ser reaproveitada.Processo totalmente automático, formação de cordões de solda uniformes com bom

acabamento. Alta produtividade.

Limitação: soldagem apenas na posição horizontal.

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Equipamentos da soldagem a arco submerso

Variações da soldagem a arco submerso:- “twin arc”: dois eletrodos em paralelo (camada de deposição mais larga)

- “tanden arc”: dois eletrodos em série (camada de deposição mais espessa)

- eletrodo em fita: eletrodo na forma de fita (camada de deposição mais larga)

Perguntas1. Cite qual é o elemento que protege a região de soldagem quanto à oxidação em cada caso:

soldagem à gas, eletrodo revestido, TIG, MIG-MAG, arco-submerso

2. O elemento protetor possui alguma outra função? Quais funções?

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3. Ordene os métodos de soldagem acima por ordem crescente de automação. Qual é a relação dessa ordem com os custos e a qualidade do processo?

6. Soldagem por resistência

Aquecimento (abaixo do ponto de fusão) por passagem de corrente elétrica e aplicação de pressão.

Os eletrodos são compostos de ligas de cobre e materiais refratários como o tungstênio.

Existem alguns tipos de montagem diferentes:

- soldagem por pontos

- soldagem de topo

- soldagem por costura (eletrodos circulares, permite a obtenção de tubos com costura)

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7. Brasagem

Utilizada para unir partes de metais diferentes com a adição de metal que possua soldabilidade com ambas as partes.

Apenas o metal de adição é fundido (maçarico, fornos, resistência elétrica)

Partes devem estar ligeiramente afastadas (0,013 a 0,075 mm) para que o metal de adição líquido penetre por capilaridade.

Materiais de adição: ligas de cobre (latão), ligas de prata, ligas de alumínio.

Juntas podem ser sobrepostas ou de topo

Utilizado na fixação de pastilhas de corte.

Dependendo dos materiais de adição e de suas temperaturas de fusão, classifica-se:- soldabrasagem (650 – 920 oC)- soldagem forte (400 – 450 oC)- soldagem fraca (300 oC)

A soldabrasagem também se diferencia pela deposição ser semelhante a de uma soldagem (sem capilaridade).

É utilizado fluxo granulado para a proteção contra oxidação.

Perguntas:1. Em qual tipo de soldagem você classificaria a “solda” com ferro de solda (componentes

eletrônicos)

2. Qual é a principal diferença entre a soldagem por resistência e as soldagens a arco?

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UNIÃO MECÂNICA

1. Introdução

União de peças por meio de dispositivos mecânicos, interferência, etc.Existem duas classes:

- permanentes- não-permanentes

Principais vantagens: facilidade de montagem, desmontagem (quando possível) e inspeção, uso de ferramentas simples e de mão de obra não qualificada.

Principal desvantagem: podem ser custosas se o tempo de montagem for elevado (pode chegar a 50% do tempo de fabricação). Procura-se minimizar a necessidade de montagem.

Padronização: diminuição de custos de fabricação de elementos fixadores e equipamentos, redução do tempo de montagem.

Produtos grandes podem ser transportados não-montados e montados já no local de entrega.

Desmontagem: permite manutenção (substituição de peças desgastadas, ajustes).

Tolerâncias exigidas para montagem automática podem ser maiores que as requeridas para o produto.

2. Elementos Rosqueados

2.1 Parafusos

Fixadores mais freqüentes, geralmente não permanentes.Podem ser fixados por porcas ou parte rosqueada.

Existem diversas geometrias, porém padronizadas (padrão ISO, padrão americano)

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Parafuso de porca

Parafuso de calota

Prisioneiros: parafusos “sem-cabeça”

Os parafusos são geralmente conformados a frio. Podem ser usinados.

São empregados diversos materiais: aços de baixo e médio carbono, aços inoxidáveis, ligas de alumínio, ligas de níquel e poliméricos.

Aço geralmente é revestido com elemento resistente à corrosão: níquel, cromo, zinco.

Tensões nos parafusos:- tração do corpo do parafuso- compressão das partes unidas- cisalhamento do corpo do parafuso- cisalhamento dos filetes

É necessário dar pré-tensão ao parafuso para boa união (aperto e resistência). Controle de pré-tensão é realizado pelo controle do torque.

Deve-se preferencialmente manter a cabeça do parafuso fixa e apertar a porca. Evita-se tensões e ruptura próxima à cabeça do parafuso.

Com o aperto os filetes da porca sofrem conformação plástica, o que permite a distribuição da força por alguns filetes. Além disso ocorre encruamento e aumento da resistência do material da porca. Assim, porcas nunca devem ser reutilizadas.

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2.2 Insertos

Roscas internas fixadas por interferência em materiais pouco resistentes como ligas leves de magnésio, madeira e plásticos.

Também existem variações soldadas e fixadas com rebites.

2.3 Arruelas

Acessório que garante melhor junção por parafusos.- distribuem as tensões- permitem maior folga entre parafuso e furo passante- veda a junção- previne o afrouxamento do parafuso

3. Rebites

Juntas mecânicas permanentes de alta produtividade e baixos custos.

Pino com cabeça é introduzido em furos passantes de chapas e ponta do pino é conformada a quente ou a frio por martelamento ou prensagem para conformação de segunda cabeça.

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Vários formatos: sólido, semi-tubular, bifurcado, de compressão

Tubulares: mais baratos (redução de material). São mais facilmente conformados e utilizados em fixação de partes sob baixas solicitações. Podem ser rosqueados (semelhantes a insertos).

Rebites de repuxo: tubulares montados com pino para o repuxo (conformação).

4. União por interferência

Encaixe de peça com dimensões maiores que dimensões do furo onde é encaixada.Gera tensões de compressão e tração capazes de fornecer atrito resistente a torques.

Montagem pode ser feita por prensagem de peça com extremidade em formato de cunha, forçada contra o furo ou por variações dimensionais causadas por efeitos térmicos.

Geralmente aquece-se a parte com o furo. Eventualmente pode-se também resfriar a parte com o pino.

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5. Encaixes de engate rápido

União propiciada pela geometria das partes.

Partes ficam alinhadas automaticamente levando a montagem rápida (mesmo por operador humano) sem a necessidade de equipamentos especiais.

6. Anéis de retenção (elásticos)

Permitem o posicionamento de peças a eixos.Podem ser tanto externos como internos.

7. Juntas Metálicas

Conformação de extremidades de chapas.

Perguntas:1. Por que as chapas da carenagem de navios e aviões são preferencialmente unidas por

rebites (e não parafusos)?

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2. Existe a possibilidade de união por interferência de materiais com fluência elevada?

ADESIVOS

1. Introdução

União permanente por material geralmente polimérico que se adere às superfícies de duas partes.

Resistência do adesivo é obtida por sua cura (polimerização, vulcanização, etc). Às vezes é necessário aquecimento, porém bastante brando.

2. Características

Tipos:- naturais: baixa tensão- inorgânicos: baixa tensão- sintéticos: tensões moderadas

Deve ser feita limpeza prévia das superfícies (retirada de poeira, óleos e óxidos). Preferencialmente não utilizar sobre superfícies muito lisas (provocar certa rugosidade proposital).

Principais vantagens: aplicavél a diversos materiais e geometrias, não há mudança na microestrutura do material.

Principais desvantagens: restritos a baixas tensões solicitantes, temperatura de trabalho limitada, necessidade de limpeza e preparamento das superfícies, dificuldade de inspeção.

Tempo de cura pode ser longo a ponto de inviabilizar o processo.

Adesivo também pode ser usado para vedação de outras junções.

Perguntas:1. Quais as vantagens e desvantagens do uso de adesivos para a união de peças?

2. Existe alguma outra aplicação de adesivos além da união de peças?

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS- Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, 1986- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000- Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, 1996

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