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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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:
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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
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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
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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:
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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
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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
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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
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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
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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
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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/
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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,
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