SISTEMAS MECÂNICOS I

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 5 – SOLDAGEM, UNIÃO E PROJETO DE JUNÇÕES PERMANENTES

JUNÇÕES PERMANENTES◦Sempre que peças têm de ser montadas ou

fabricadas, há em geral um bom motivo paraconsiderar um desses processos comosoldagem, brasagem, fusão, cementação ecolagem no projeto preliminar.Particularmente quando as secções a seremunidas são finas, um desses métodos podelevar a economias significativas.

◦A eliminação de fixadores individuais, comseus furos e custos de montagem, é um fatorimportante. Da mesma forma, alguns dosmétodos permitem rápida montagem emmáquina, o que aumenta sua atratividade.

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SÍMBOLOS DE SOLDAGEM◦Uma solda é fabricada ao se soldaremjuntas de várias formas metálicas,cortadas em configurações particulares.

◦As soldas devem ser precisamenteespecificadas nos desenhos de trabalho, oque é feito utilizando-se o símbolo desoldagem, tal como padronizado pelaAmerican Weldint Society (AWS).

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SÍMBOLOS DE SOLDAGEM

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SÍMBOLOS DE SOLDAGEM◦As Figuras a seguir ilustram os tipos desoldas usados mais freqüentemente porprojetistas.

◦Visto que calor é empregado na operaçãode soldagem, há mudanças metalúrgicasno metal original nas adjacências da solda.Ademais, tensões residuais podem serintroduzidas por causa da fixação ousustentação, ou, às vezes, devido à ordemde soldagem.

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SÍMBOLOS DE SOLDAGEM

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SOLDAS DE TOPO E FILETE◦ A Figura (a) mostra uma solda de entalhe em V

simples carregada por uma força de tração F. Sejapara o carregamento de tração ou para o decompressão, a tensão normal média é:

◦ em que h é a garganta de solda e l, o comprimentode solda, como mostrado na figura.

◦ Observe que h não inclui o reforço. Este pode serdesejável, mas varia um pouco e produzconcentração de tensão no ponto A da figura. Secargas de fadiga existirem, é bom esmerilhar ouretirar esse reforço.

◦ A tensão média em uma solda de topo decorrentede carregamento de cisalhamento é:

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SOLDAS DE TOPO E FILETE◦A Figura ilustra uma solda de filetetransversal típica.

◦Somando as forças temos:

◦O uso da lei dos senos para otriângulo da Figura produz:

◦As tensões nominais a um ânguloθτ na solda, τ e σ, são:

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SOLDAS DE TOPO E FILETE◦A tensão de von Mises a σ' a um ângulo θ é:

◦A tensão maior de Von Mises ocorre em θ=62,5°,com um valor de σ’=2,16F/(hl). Os valorescorrespondentes de τ e σ são: τ=1,19F/(hl) e σ=0,623F/(hl).

◦A tensão de cisalhamento máxima pode serencontrada diferenciando-se a Equação datensão de cisalhamento e igualando-a a zero. Oponto estacionário ocorre em θ=67,5°, com umcorrespondente τ =1,2F/(hl) e σ =0,5F/(hl).

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SOLDAS DE TOPO E FILETE◦usência de análise robusta, as soldagens devemser especificadas e as junções resultantesdevem estar seguras. A abordagem tem sido ade empregar um modelo simples e conservador- verificado como tal por ensaio.◦Para esse modelo, a base para a análise desolda ou projeto emprega:◦Observe que isso infla a máxima tensão decisalhamento estimada por um fator de1,414/1,20 = 1,17.

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADAS SOB TORÇÃO◦ A Figura ilustra uma viga em balanço de comprimento l

soldada a uma coluna por duas soldas de filete. A reação nosuporte de uma viga em balanço sempre consiste em umaforça de cisalhamento V e um momento M.

◦ A força de cisalhamento V produz uma tensão decisalhamento nas soldas de magnitude τ’, em que A é a áreade garganta de toda a solda.

◦ O momento M no apoio produz uma tensão secundária outorção das soldas τ”, em que r é a distância do centróide dogrupo de soldas ao ponto na solda de interesse e J é osegundo momento polar de área do grupo de solda ao redordo centróide do grupo.

◦ Quando essas equações podem ser solucionadas, osresultados podem ser combinados para obter a tensão decisalhamento máxima.

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADAS SOB TORÇÃO◦A Figura mostra duas soldas em umgrupo. Os retângulos representam asáreas de garganta das soldas. A solda 1tem uma largura de gargantab1=0,707h1, e a solda 2 tem umalargura de garganta d2 = 0,707h2.

◦A área de garganta de ambas as soldasjuntas é:

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADAS SOB TORÇÃO◦Usando o teorema de eixos paralelos,encontramos o segundo momentopolar de área do grupo de solda sendo:

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADAS SOB TORÇÃO

◦Observe nas Equações de JG1 e JG2 as quantidades b1³e d2³ respectivamente, que são o cubo das largurasde solda. Essas quantidades são pequenas e podemser desconsideradas.

◦ Isso nos deixa os termos b1d1³/12 e d2b2³/12, quefazem JG1 e JG2 lineares na largura da solda.

◦Deixar as larguras de solda b1 e d2 iguais à unidadeleva-nos à idéia de tratar cada filete de solda comouma linha. O segundo momento de área resultante éentão um segundo momento polar unitário de área.

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADAS SOB TORÇÃO

◦A Tabela lista as áreas degarganta e os segundosmomentos polares de áreapara as soldas de filetemais comuns encontradas.

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADAS SOB FLEXÃO

◦A Figura mostra uma viga em balanço soldada a umsuporte por soldas de filete em cima e embaixo. Umdiagrama de corpo livre dessa viga mostraria umareação de força cortante V e um momento de reaçãoM. A força de cisalhamento produz um cisalhamentoprimário nas soldas de magnitude τ’.

◦Tratando ambas as soldas da Figura como linhas,encontramos o segundo momento I, baseado naárea de garganta de solda, na forma:

◦A tensão nominal de garganta é encontrada agoracomo sendo τ” :

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADAS SOB FLEXÃO

◦A Tabela lista as áreas degarganta e os segundosmomentos polares de áreapara as soldas de filetemais comuns encontradas.

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADAS SOB FLEXÃO

◦A Tabela lista as áreas degarganta e os segundosmomentos polares de áreapara as soldas de filetemais comuns encontradas.

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADASEXEMPLO 9-1

◦Uma carga de 50 kN é transferida de um encaixe soldado a um canalde aço de 200 mm, como ilustrado na Figura. Estime a tensão máximana solda.

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADASEXEMPLO 9-1

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TENSÕES EM JUNÇÕES SOLDADASEXEMPLO 9-1

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