exercicios soldagem
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Soldagem I – Lista de Exercícios
1. Defina soldagem com base em (a) suas características operacionais e (b) seus mecanismos deunião. (c) Dois blocos de gelo colocados em contato com uma pequena pressão sãofacilmente soldados. O mesmo não ocorre com dois blocos de cobre, por exemplo. Discuta eexplique.
2. A figura abaixo mostra bocais de um tanque para transporte de combustível. (a) Detalhe assoldas indicadas. (b) Calcule o volume de solda e o peso (massa) de eletrodos necessários(rendimento de deposição de 75%). (c) Se a taxa de deposição média for de 2kg/h, calculetempo de soldagem de “arco aberto”. (d) Se o fator de ocupação do soldador for de 30%,calcule o tempo total de soldagem. Obs.: A chapa (1) tem ½ “ de espessura.
3. Defina: Velocidade de soldagem, passe, raiz, face e margem de uma solda, taxa de deposição,eficiência de deposição e fator de ocupação.
4. A figura abaixo mostra detalhes de bocais de um tanque de armazenamento. (a) Indique ossímbolos das soldas mostradas nos detalhes (deixe claro eventuais suposições) e discuta, paracada caso, a sequência de soldagem. (b) Calcule o volume de solda e o peso (massa) deeletrodos necessário para a execução destas soldas (rendimento de deposição de 75%). (c) Sea taxa de deposição média for de 2kg/h, calcule tempo de soldagem de “arco aberto”. (d) Se ofator de ocupação do soldador for de 30%, calcule o tempo total de soldagem.
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5. Faça um desenho detalhando a junta, estime o número de passes necessários para o seuenchimento e calcule o custo de metal de adição e de mão de obra para a soldagem (comeletrodos revestidos) da junta indicada abaixo.Dados: Comprimento total a ser soldado: 15m, material: aço de baixo carbono, velocidade de
soldagem (por passe): 20 cm/min, taxa de deposição: 1,8 kg/h, eficiência de deposição:75%, fator de ocupação médio: 40%, preço de uma lata de eletrodo (20 kg): R$ 45,00,salário e encargo do(s) soldador(es): R$ 6,00/h
Dimensões em mm
6. Para a junta mostrada abaixo: (a) Indique o tipo de chanfro e mostre a raiz e a margem dasolda. (b) Estime o peso de metal depositado em um metro de junta (não considere o reforçoda solda). (c) Faça, no desenho à esquerda, sem colocar as medidas, o símbolo desta solda.Dado: Densidade do aço = 7,8 g/cm3. Dimensões em mm.
45º
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7. Dois elementos fundamentais de um processo de soldagem por fusão são a fonte de calor e omeio de proteção. Quais são as características básicas de uma fonte de calor para soldagempor fusão? Cite e descreva rapidamente três fontes usualmente usadas na soldagem por fusão.Qual é a função de um meio de proteção? Cite os meios mais usados em soldagem.
8. Defina chanfro e explique o seu uso em soldagem. Desenhe chanfros em V e X (ângulos dechanfro de 30º e abertura de 2mm) em juntas de topo de 25mm de espessura e indique ossímbolos correspondentes. Discuta a aplicação de cada tipo de chanfro.
9. Indique as principais posições de soldagem e discuta a influência destas na operação desoldagem.
10. Discutir os riscos (“perigos”) que o arco elétrico coloca para o soldador.
11. Apresente e discuta as características dos dois tipos básicos de técnicas de soldagem (pordeformação/por fusão). Discuta as características principais, aplicações e limitações de cadatipo.
12. Classifique, quando aplicável, com base em: (a) fonte de calor, (b) meio de proteção, (c)posições de soldagem possíveis e (d) tipo de eletrodo (consumível ou não consumível), osseguintes processos de soldagem: eletrodos revestidos, TIG, arame tubular, eletro-escória elaser.
260º
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13. Cite/discute as principais características ou funções de um fluxo (SAW) ou revestimento deeletrodo (SMAW). Indique as características de eletrodos das classes AWS E6010, E6013 eE7018.
14. Qual é a função do ignitor de alta frequência na soldagem TIG. Por que, na soldagem de ligasde alumínio com este processo, é usual manter este ignitor ligado.
15. Compare e discuta os tipos de corrente e sua polaridade usualmente utilizadas na soldagemTIG e MIG/MAG. Na soldagem MIG de ligas de alumínio é necessário utilizar correntealternada (como na soldagem TIG)? Explique.
16. Por que, na soldagem TIG de alumínio, é comum se usar corrente alternada?
17. A figura abaixo mostra a variação de corrente em um teste de soldagem TIG pulsado. Estimeos parâmetros de pulsação usados e calcule a corrente média. Descreva, em linhas gerais, avariação esperada do formato da poça de fusão durante um ciclo de pulsação. Cite asprincipais aplicações da soldagem TIG com corrente pulsada.
0 100 200 300 400 500 600 7000
20406080
100
Cor
rent
e (A
)
Tempo (ms)
18. A norma AWS A5.18 especifica arames de aço carbono para a soldagem MIG/MAG(GMAW). Nesta norma, os arames E70S3 (0,06 a 0,15%C, 0,90 a 1,40%Mn e 0,45 a0,70%Si) e E70S6 (0,07 a 0,15%C, 1,40 a 1,85%Mn e 0,80 a 1,15%Si) são indicados,respectivamente, para a soldagem com proteção de mistura Ar-CO2 e com CO2 puro.Explique as diferenças de composição química dos dois arames levando em consideração asdiferenças de potencial de oxidação do gás de proteção em cada caso. Indique possíveisconsequências nas propriedades mecânicas da solda de se usar um arame E70S2 com CO2puro.
19. Discuta a influência do gás de proteção no formato do cordão e na estabilidade do processonas soldagens TIG e MIG/MAG.
20. Quais as formas usuais de transferência de metal de adição na soldagem MIG/MAG. Por que,neste processo, é fundamental controlar a forma de transferência de metal. Por que esteproblema é menor na soldagem com eletrodos revestidos.
21. O que é um arame tubular “autoprotegido” (self-shielded). Indique aplicações típicas paraeste tipo de arame.
22. Explique a soldagem por eletro-escória e indique aplicações deste processo.
23. Compare, do ponto de vista operacional, as soldagens de resistência de topo e porcentelhamento. Com base nesta comparação, explique por que a última tende a ser maisadequada para, por exemplo, a soldagem de tubulações de grande diâmetro.
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24. Descreva os processos de soldagem por explosão e por fricção. Cite possíveis aplicações paraestes processos de soldagem.
25. Compare a brasagem com a soldagem convencional. Indique as principais formas debrasagem
26. Cite os principais processos de corte térmico de metais e compare-os.
27. Descreva, em linhas gerais, o corte por oxigênio. Por que este processo de corte só ébasicamente aplicável, de forma direta, para aços de baixo carbono?
28. Na soldagem TIG de peças de cobre de massa elevada, por exemplo na recuperação de umaventaneira de alto forno, é usual o uso de um pré-aquecimento de até 400oC.Alternativamente, tem sido possível soldar esta peça com um menor pré-aquecimento, com ouso de He como gás de proteção. Discuta.
29. (a) Compare o arco elétrico com um fio metálico em termos de seu comportamento frente àpassagem de uma corrente elétrica. (b) Explique, baseado na estrutura do arco, por que este éuma fonte de energia muito eficiente para a soldagem por fusão.
30. Discuta o formato geral de uma curva característica do arco e o efeito da variação docomprimento do arco nesta curva, considerando a estrutura do arco.
31. (a) Desenhe esquematicamente a curva característica do arco para a soldagem TIG comeletrodo negativo. Discuta o efeito do comprimento do arco nesta curva. Esquematize,também, a curva característica deste processo com o eletrodo positivo. Discuta as diferençasexistentes.
32. Calcule a densidade de corrente associada com a emissão termiônica no aço (ferro) e notungstênio, nas temperaturas de fusão e de ebulição de cada material. Discuta o resultado combase nas densidades de corrente necessárias na soldagem (suponha, por exemplo, a soldagemcom um eletrodo de 3,2mm de diâmetro e uma corrente de 250A.
33. O que é “potência específica de uma fonte”, Pesp? Discuta a figura abaixo, considerando ascaracterísticas dos processos de soldagem, o formato dos cordões obtidos e as regiões de“soldagem impossível”. Qual seria o efeito da condutividade térmica do metal base nestafigura?
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10
10
10
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10
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SoldagemImpossivel
SoldagemImpossivel
Arco
PlasmaLaser
Feixe deeletrons
Conduçãosem fusão
Conduçãocom fusão
Vaporizaçãoe condução
VaporizaçãoW/m2
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34. (a) Desenhe esquematicamente a variação de tensão ao longo do arco no processo TIG (CC-),colocando valores típicos para as quedas de tensão existentes e indicando as regiões do arco.Mostre e explique o efeito de (b) um aumento no comprimento do arco e (c) uma mudança depolaridade nesta distribuição de tensão.
35. Considerando a ilustração abaixo de um arco entre dois eletrodos de carvão em umaatmosfera de argônio: (a) Indique as regiões deste. (b) Mostre a variação de tensão ao longodo arco, colocando (e justificando) os valores aproximados para as variações de tensão nasdiferentes regiões. (c) Indique, e justifique, o fluxo de gases esperado neste arco. (d) Discutapossíveis alterações na forma e características elétricas deste arco devido cada uma dasseguintes mudanças: (d.1) redução da separação do eletrodos, (d.2) substituição do gás porhélio, (d.3) geração de um campo magnético penetrando no plano do desenho e (d.4)substituição dos eletrodos de carvão por eletrodos de aço.
Arco
+-
36. Em um teste de soldagem TIG com argônio puro e uma corrente de 100A, foi mantido umcomprimento do arco de 3mm, com uma tensão de soldagem de cerca de 10V. Indique deforma qualitativa as alterações esperadas na tensão de soldagem e no formato do cordão para:(a) um aumento no comprimento do arco, (b) o uso de uma mistura gasosa Ar-50%He e (c)uma mudança de polaridade (de CC- para CC+).
37. Estime, sem considerar o efeito da corrente de soldagem, a tensão do arco na soldagem TIGcom CC- com um comprimento de arco de 3mm (a) e de 5mm (b). Repita estas estimativaspara (c) CC+ e (d) hélio como gás de proteção e discuta as diferenças existentes. Discuta aimportância da região catódica para a soldagem.
38. Explique a emissão de elétrons em um eletrodo de metal não refratário? Por que a emissão deelétrons é fundamental para a manutenção do arco?
39. O que é jato de plasma? Explique a sua formação na soldagem a arco e discuta a importânciadeste na soldagem e o efeito da polaridade da corrente neste.
40. Explique a formação do sopro magnético e discuta a importância deste na soldagem e o efeitoda polaridade da corrente neste.
41. Porque o conhecimento dos modos de transferência de metal de adição é fundamental paraum uso mais adequado do processo de soldagem MIG e MAG? Cite, para cada um dosprincipais modos de transferência observados neste processo de soldagem, as principaisforças responsáveis pela transferência.
42. A figura abaixo mostra um oscilograma de tensão de um teste de soldagem MAG com aramede aço carbono de 1,2mm, velocidade de alimentação de 4m/min e proteção de CO2.Identifique a forma de transferência utilizada e cite suas características principais eaplicações. Discuta a influência, nas condições operacionais e no modo de transferência, de
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(a) um aumento na tensão de soldagem, (b) um aumento na velocidade de alimentação (porexemplo, para 8m/min) e (c) um aumento simultâneo de ambas.
200 250 300 350 400 4500
10
20
30
40
Tens
ão (V
)
Tempo (ms)
43. A figura abaixo mostra oscilogramas de tensão de testes de soldagem GMAW com arame deaço de 1,2mm e proteção de Ar-25%CO2 e velocidade de alimentação de 4m/min (I≈165A).(a) Estime, para cada caso, a tensão média de soldagem. (b) Indique e apresente as principaiscaracterísticas dos modos de transferência observados. (c) Desenhe esquematicamente umgráfico VxI com os modos de transferência usualmente obtidos com esta mistura de proteçãoe localize aproximadamente neste os oscilogramas mostrados (justifique).
0 100 200 300 4000
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Tens
ão (V
)
0 100 200 300 4000
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Tens
ão (V
)
0 100 200 300 4000
10
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40
Tens
ão (V
)
Tempo (ms)
44. As figuras abaixo mostram a variação de corrente em testes de soldagem MIG pulsada usandoum arame de aço carbono de 1,2mm e proteção de Ar-5%CO2. (a) Estime os parâmetros depulsação utilizados e os valores da corrente média de soldagem (Im). (b) Calcule os valor doparâmetro de destacamento de cada teste e os compare com o valor esperado para condiçõesótimas de transferência (500As2) com os consumíveis usados. Discuta. (c) Se os testes foramfeitos com uma distância do bico de contato à peça de cerca de 20mm e o comprimento doarco era de cerca de 5mm, estime a velocidade de alimentação necessária para manter oprocesso operando de forma adequada em cada teste.
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0 30 60 90 120 1500
100
200
300
400
Cor
rent
e (A
)
Tempo (ms) (a)
0 30 60 90 120 1500
100
200
300
400
Cor
rent
e (A
)
Tempo (ms) (b)
0 30 60 90 120 1500
100
200
300
400
Cor
rent
e (A
)
Tempo (ms) (c)
0 30 60 90 120 1500
100
200
300
400
Cor
rent
e (A
)
Tempo (ms) (d)
45. Apresente e discuta os efeitos da corrente de soldagem, da tensão do arco e da velocidade desoldagem na velocidade de fusão do eletrodo (no processo MIG/MAG, por exemplo) e noformato do cordão de solda.
46. Considere a soldagem MIG/MAG com arames de aço baixo carbono (AWS E70S6, porexemplo) de 0,8 e 1,2mm de diâmetro e uma corrente de cerca de 200A. (a) Para um gás deproteção rico em argônio indique, para cada arame, o modo de transferência em queda livre(isto é, sem curto circuito) esperado. (b) Estime, para cada arame e com uma distância do bicode contato da tocha à peça de 20mm e um comprimento do arco de 5mm, a velocidade dealimentação (em m/min) e, para cada resultado, as parcelas devidas às diferentes fontes deaquecimento do arame. (c) Estime a taxa de fusão (em kg/h) associadas com os resultadosanteriores.
47. A figura abaixo mostra as variações de corrente em um teste de soldagem TIG de alumíniocom corrente “quadrada” (ou, melhor, retangular) e com proteção de Ar. (a) Estime os valoresmédios de corrente e tensão de soldagem nos ciclos de CC- e CC+ e a duração destes ciclos.
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(b) Explique os valores de tensão do arco de cada ciclo. (c) Discuta os processos (fluxo departículas carregadas no arco, perfil elétrico, mecanismos de emissão de elétrons e ação doarco no metal base) que estão ocorrendo durante cada ciclo.
0 50 100 150 200-160-120
-80-40
04080
120
Cor
rent
e (A
)
0 50 100 150 200
-10
0
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20
30
Tens
ão (V
)
Tempo (ms)
48. Considere a soldagem MIG/MAG com um arame de aço baixo carbono (AWS E70S6, porexemplo) de 1,2mm de diâmetro. (a) Indique (e justifique) um gás (ou mistura) de proteção eum valor de corrente para soldar com este arame com transferência spray (goticular). (b)Estime, para esta condição, a velocidade de alimentação (em m/min) necessária para setrabalhar com uma distância do bico de contato da tocha à peça de 20mm e um comprimentodo arco de 5mm. (c) Calcule, para o resultado anterior, as contribuições relativas (em %) doaquecimento do eletrodo por efeito Joule (ou resistivo) e pelo arco.
Gases: He puro, Ar puro, Ar-4%CO2, Ar-25%CO2, CO2 puro
49. A equação de velocidade de fusão:2siiw βα +=
é válida para condições em que a corrente (i) é mantida constante. Quando isto não ocorre, avelocidade média de fusão pode ser estimada (supondo que s não varie) como:
∫=T
dttwTw0
)(/1
Desenvolva uma expressão da velocidade de fusão para a soldagem com corrente pulsada.
50. Calcule a velocidade de fusão de um arame de aço para a soldagem GMAW (MIG/MAG)considerando um comprimento de eletrodo de 15mm e (a) corrente média de 140A, (b)corrente média de 250A e (c) corrente pulsada com IP = 350A, tp = 3,5ms, Ib = 70A e tb =10,5ms. (d) Discutas os resultados obtidos e (e) estime a taxa de deposição supondo, para ostrês casos, um rendimento de deposição de 95%.
51. Estime a corrente necessária para se obter, na soldagem MIG de aço carbono, com um aramede aço carbono de 1,2 mm, uma taxa de fusão de 5kg/h mantendo-se uma distância do bico decontato à peça de 20mm e um comprimento do arco de cerca de 4mm. Mostre como esta taxapoderia ser aumentada em 20%, usando-se o mesmo consumível e a mesma corrente desoldagem.
52. Descreva e discuta a influência usual da corrente, da tensão e da velocidade de soldagem noformato de um cordão de solda.
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53. Na soldagem TIG observa-se que, em geral, a penetração é maior quando se trabalha comCC-. Por outro lado, na soldagem MIG, o efeito tende a ser o contrário (maior penetração nasoldagem com CC+). Discuta considerando o balanço de energia no arco e a variação depotência específica com a polaridade.
54. Desenhe esquematicamente as curvas características de fontes de tensão e corrente constante,sobreponha uma curva do arco e indique o ponto operacional. Discuta como ocorre o controledo comprimento de arco com uma fonte de tensão constante em um processo comalimentação contínua do eletrodo (MIG ou SAW).
55. Defina “Ciclo de Trabalho”. Estime, para uma fonte de 200A 60%, a maior correnterecomendada para a sua operação contínua por um longo período de tempo.
56. Você dispõe de uma fonte estática tipo transformador de corrente constante com uma correntenominal/ciclo de trabalho de 160A/60%. (a) Desenhe a curva característica desta fonte eindique o tipo de corrente que ela fornece. (b) Cite (e justifique) um processo de soldagem aarco para o qual ela pode ser utilizada. (c) Discuta a possibilidade de uso desta fonte em umaaplicação que necessita de 180A de corrente.
57. Você dispõe de uma fonte estática tipo transformador retificador de tensão constante comuma corrente nominal/ciclo de trabalho de 350A/60%. (a) Desenhe a curva característicadesta fonte e indique o tipo de corrente que ela fornece. (b) Cite (e justifique) um processo desoldagem a arco para o qual ela pode ser utilizada. (c) Discuta a possibilidade de uso destafonte em uma aplicação que necessite que esta funcione continuamente por uma hora.
58. Apresente, de forma simplificada, o funcionamento de uma máquina de soldagem rotativa ede máquina estática convencional. Discuta a aplicação de cada um destes tipos de máquinas.
59. Calcule a energia de soldagem e a energia líquida de soldagem (considere o rendimentomédio de cada processo) para as seguintes condições de soldagem (aço baixo carbono):(a) Processo TIG, I = 100A, U = 11V e v = 20cm/min (espessura: 2,0mm)(b) Processo MIG, I = 300A, U = 29V e v = 60cm/min (espessura: 4,5mm)(c) Processo SAW: I = 420A, U = 34V e v = 60cm/min (espessura: 12,5mm)Medidas na seção transversal das soldas (a) e (b) obtiveram áreas transversais do cordão de10 e 52mm2, respectivamente. Calcule o rendimento teórico (energia para fundir o materialda solda/energia gasta) para estes dois casos . Discuta os resultados, considerando osprocessos usados. Dado: Entalpia de aquecimento e fusão de 1 mol de ferro: 74kJ/mol
60. Estime, para os três casos anteriores, a velocidade de resfriamento do centro do cordão a 800e 500ºC (supor que não foi usado pré-aquecimento). Discuta os resultados.
61. Estime, para os três casos anteriores, o ∆t8/5 usando o nomograma do IRSID. Verifique oefeito nos resultados para o caso das peças tirem sido pré-aquecidas a 200ºC. Discuta osresultados.
62. Defina “Energia de Soldagem”, “Energia Líquida de Soldagem”, “Potência específica de umafonte”, “Ciclo Térmico”, “Temperatura de pico” e “∆t8/5”.
63. (a) Defina energia de soldagem e temperatura de pré-aquecimento. (b) Discuta a influênciadestes dois parâmetros e da espessura da junta na velocidade de resfriamento de uma solda enas dimensões da ZTA de uma solda. (c) Desenhe, de forma esquemática um ciclo térmico de
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soldagem e indique neste a temperatura de pico e o tempo de resfriamento entre duastemperaturas (por exemplo 800 e 500ºC).
64. Desenhe esquematicamente em um mesmo gráfico, ciclos térmicos associados com a ZonaFundida, Zona Termicamente Afetada e Metal Base de uma solda. Com base no ciclotérmico, defina estas regiões.
65. (a) Defina energia líquida de soldagem e temperatura de pré-aquecimento. (b) Discuta ainfluência destes dois parâmetros e do tipo de junta na velocidade de resfriamento de umasolda e nas dimensões da ZTA de uma solda. (c) Desenhe, de forma esquemática, curvas derepartição térmica de solda considerando o efeito da energia líquida de soldagem, temperaturade pré-aquecimento e tipo de junta.
66. Desenhe esquematicamente a curva de repartição térmica de uma solda a partir de sua linhade fusão (TP = TFusão). Mostre o efeito, nesta curva, de um aumento na energia de soldagem ediscuta o resultado nas dimensões da ZTA de uma solda.
67. A figura abaixo mostra ciclos térmicos calculados para três pontos da superfície de uma chapade aço baixo carbono (10mm de espessura) localizados na sua superfície a três diferentesdistâncias laterais do eixo da solda (y = 3, 4 e 5mm). (a) Supondo que o teor de carbono doaço seja 0,2%, discuta, em linhas gerais, as alterações ocorridas em cada ponto durante asoldagem. (b) Estime, para cada ponto (quando possível), as temperaturas de pico, os temposde permanência acima de A3 e A1 e os tempos de resfriamento entre 800 e 500ºC. Discutaestes resultados e os relacione com as suas respostas no item (a) desta questão.
0 5 10 15 200
300
600
900
1200
1500HL = 0,6 kJ/mm
v = 300 mm/min
5 mm
3 mm
4 mm
Tem
pera
tura
(o C
)
Tempo (s)
68. A figura abaixo mostra ciclos térmicos calculados com o modelo de Rosenthal de chapagrossa (fluxo de calor tridimensional) para um ponto da superfície de uma chapa localizado a4mm do eixo da solda (y = 4mm) para o mesmo nível de energia (HL = 0,6 kJ/mm) e trêsdiferentes velocidades de soldagem. (a) Determine, para cada ciclo, as temperaturas de pico eos tempos de resfriamento entre 800 e 500ºC. (b) Compare os resultados para um ciclotérmico previsto na mesma posição pelo modelo simplificado que considera uma fonte linearinstantânea de calor que opera, em t = 0, ao longo do eixo da solda:
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+−+=tzy
ktHTT L
απ 4exp
2
22
0
(c) Discuta os resultados. Material: aço de baixo carbono (ρ = 7800 kg/m3, c = 63 J/kgºC ek = 47W/mºC).
0 5 10 15 20 25 300
300
600
900
1200
1500HL = 0,6 kJ/mm
y = 4 mm10 mm/s
5 mm/s
2,5 mm/s
Tem
pera
tura
(o C
)
Tempo (s)
69. Considere a deposição de um cordão de solda sobre uma chapa de aço baixo carbono de15mm de espessura, com um pré-aquecimento de 200ºC e com os seguintes parâmetros: (a)Processo SAW, I = 500A, V = 36V e v = 40cm/min e (b) Processo SMAW: I = 150A, V =21V e v = 25cm/min. Usando os dados da apostila, obtenha valores da velocidade deresfriamento a 650oC e do ∆t8/5 na solda para ambos os casos.
70. Considere a deposição de um cordão de solda sobre uma chapa de alumínio de 15mm deespessura, com um pré-aquecimento de 100ºC e com os seguintes parâmetros: (a) ProcessoMIG, I = 350A, V = 30V e v = 40cm/min e (b) Processo TIG: I = 120A, V = 13V e v =15cm/min. Estime a velocidade de resfriamento a 350oC e o tempo de resfriamento entre 400e 300ºC na solda para ambos os casos.
71. Uma grande peça fundida (parede de 50mm de espessura) de aço inoxidável austenítico(0,1%C-22%Cr-12%Ni-0,7Si-1,5%Mn) apresenta um defeito superficial que será reparadopela deposição de um cordão de solda com eletrodo revestido sem pré-aquecimento.(a) Estime as velocidades de resfriamento do cordão de solda a 300 e a 800ºC se as condiçõesde soldagem forem: I = 180A, U = 22V e v = 20cm/min.(b) Mostre, de forma esquemática, a variação de tensões residuais longitudinais (σx) ao longoda direção transversal ao cordão de solda (y-y’). Indique, também, a distribuição esperada deσx ao da direção z-z’ (profundidade).(c) Estime a microestrutura do cordão de solda (para uma diluição de 30%) considerando apossibilidade de se usar os seguintes eletrodos:
Eletrodo %C %Mn %Si %Cr %NiE8018 0,08 1,35 0,4 -- 0,4E308 0,06 1,8 0,4 20 10E310 0,14 2,0 0,6 26 21
Indique possíveis problemas de cada uma destas soldas.
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72. A figura abaixo (Grong, 1997) mostra um mapa de temperatura adimensional para o planoz = 0 de chapas grossas. Considere uma condição de soldagem em que este modelo sejaválido com os seguintes parâmetros: I = 300A, U = 27V, v = 30 cm/min, η = 0,85 eTo = 25ºC. Estime, através do mapa, a temperatura de pontos localizados (dimensões emmilímetros) a (-10, 0, 0), (-10, 5, 0) e (-20, 10, 0) da fonte de calor para (a) aço e (b) alumínio.
73. Um modelo de Rosenthal para a soldagem a ponto utiliza uma fonte linear de calor quepenetra uma junta sobreposta formada por duas chapas de propriedades térmicas similares(figura). O calor é liberado instantaneamente no tempo t = 0 e a distribuição de temperaturasnas chapas é dada por:
d
Eletrodo
Fonte de calor
−=−
tr
tcdQTT
απαρ 4exp
4./
0
para t > 0.
Q = ηVI.tw é a energia liberada pelo pulso de corrente (tw é a duração do pulso) e r é adistância do ponto à fonte de calor [(x2 + y2)1/2]. Considere a soldagem a ponto de duas chapasde aço de baixa liga de 2mm de espessura cada com as seguintes condições operacionais: I =
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8kA, tw = 0,4s, η = 0,75 e T0 = 25oC. Assuma que a tensão entre os eletrodos atinja 2,5V. (a)Construa ciclos térmicos para pontos das chapas localizados a 1, 2, 4 e 6mm da fonte de calor.(b) Estime o diâmetro da ZF e a espessura da ZTA desta solda. (c) Derive uma equação para avelocidade de resfriamento no centro da solda e estime, nesta posição, a velocidade deresfriamento a 800oC e o ∆t8/5.
74. O que são tensões residuais? Descreva o seu aparecimento em soldas. Mostre a suadistribuição usual em uma solda de topo. Considerando estas tensões, discuta ocomportamento de uma solda de uma liga de elevada dutilidade durante o seu carregamento.Discuta a influência das tensões residuais na fadiga e na fratura frágil de estruturas soldadas.Por que um tratamento mecânico pode reduzir o nível das tensões residuais?
75. Considerando a distribuição de tensões residuais, discuta o comportamento de uma solda deuma liga de elevada dutilidade durante um aquecimento e resfriamento uniforme da estrutura.Discuta a influência das tensões residuais na estabilidade dimensional de um componentessendo usinado. Por que um tratamento térmico pode reduzir o nível das tensões residuais?
76. Como aparecem distorções em uma junta soldada? Quais asconsequências principais destas? Como estas podem ser eliminadas ouminimizadas? Estime a distorção transversal para a junta indicada nafigura ao lado (aço carbono).
77. (a) Explique a formação de porosidade em uma solda de aço carbono devido à absorção, napoça de fusão de (a.1) nitrogênio e (a.2) oxigênio. (b) Discuta a influência da existência deporosidade no desempenho de uma solda.
78. Discuta a influência do oxigênio e do nitrogênio nas propriedades mecânicas da zona fundidade um aço carbono.
79. Defina basicidade de escória na soldagem de aço e discuta o efeito dessa na composição epropriedades mecânicas da solda.
80. Fluxos e eletrodos básicos são recomendados para a soldagem de estruturas de aço de grandeespessura e que tenham elevada responsabilidade em serviço. Explique.
81. A tabela abaixo mostra os principais constituintes (%peso) de fluxos para a soldagem ao arcosubmerso. Classifique cada fluxo como ácido, básico ou neutro e coloque-os em ordemcrescente quanto aos teores esperados de oxigênio e enxofre em metais de solda depositadoscom estes fluxos.
Fluxo CaO CaF2 MgO Fe2O3 MnO Na2O SiO2 TiO2 ZrO2 Al2O3A 30 10 5 2 4 -- 40 4 2 3B -- 4 15 3 28 1 45 -- -- 4C 15 5 3 1 2 1 40 15 -- 18D 18 28 22 2 4 -- 14 2 2 8
45º
2
12
15
82. Mostre a macroestrutura usual de uma peça fundida e compare-a com a de uma solda. Discutaa influência do formato da poça de fusão na macroestrutura da solda.
83. Desenhe esquematicamente a poça de fusão de uma solda a arco e indique, nesta, os locais emque a solidificação do cordão de solda se inicia e onde a velocidade de solidificação émáxima. Compare o início da solidificação na poça de fusão com o de uma peça fundida.
84. Cite as principais formas de segregação na poça de fusão e explique a sua formação.
85. Por que a região parcialmente fundida e a região não misturada são potencialmente maisproblemáticas que a região misturada da zona fundida?
86. A figura abaixo mostra esquematicamente a região da poça de fusão durante a soldagem.Discuta como ocorre a solidificação nesta poça e a influência de sua forma (elíptica) naestrutura de solidificação do cordão de solda.
ArcoD
B
C
ACordãode soldav
87. Discuta o efeito das condições de soldagem no formato da poça de fusão e desta namacroestrutura de uma solda.
88. (a) Defina diluição. (b) Seja a deposição de uma camada de revestimento com eletrodo de açoABNT 309 (0,07%C, 1,16%Mn, 0,34%Si, 23,5%Cr e 12,8%Ni) sobre um substrato de açocarbono (0,26%C, 0,52%Mn e 0,28%Si). Estime a faixa de diluição para que o teor de cromodo depósito esteja entre 18 e 20% e, para esta faixa, estime a composição do depositosupondo a ausência de interação com o ambiente.
89. Foram usados eletrodos de aço ligado com (a)2%Cr e (b) 12%Cr, na soldagem SAW comum fluxo ativo cujo ∆Cr varia segundo a figuraao lado. Defina ∆Cr e discuta esta figura.Estime o teor de cromo nas soldas supondoque o metal base não era ligado ao cromo, adiluição foi de 50% e os valores de tensão desoldagem usados são os indicados na figura.
90. A figura abaixo mostra esquematicamente uma “almofada” de solda com 5 camadas. Se, paracada camada, a diluição da camada anterior for, em média, 40%, estime a diluição final dometal base na última camada. Se o teor de cromo do metal base e do metal de adição forem0,10% e 17% respectivamente, estime o teor de cromo de cada camada supondo ausência deinteração com o ambiente.
0 3 6 9 12 15 18-3
-2
-1
0
1
2
3
29V
35V
∆C
r (%
)
%Cr
16
1ª camada
5ª camada4ª camada
91. A figura abaixo (de S.S. Babu) mostra a microestrutura da ZF de um aço C-Mn. Identifiqueos principais constituintes microestruturais e discuta suas características.
92. As figuras abaixo (S.S. Babu) mostram microestruturas da ZF de aços C-Mn com composiçãosimilar exceto pelos teores de Ti. Indique as diferenças de microestrutura e discuta suaspossíveis coisas.
93. Descreva a constituição da ZTA obtida na soldagem TIG de uma chapa de alumínio AA1100(alumínio comercialmente puro) laminada a frio. Mostre esquematicamente o perfil de durezadesta solda e discuta a possibilidade de se alterar este perfil.
7ppm Ti 32ppm Ti
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94. Cite ligas endurecíveis por precipitação de uso estrutural. Descreva a constituição da ZTA deuma liga deste tipo e esquematize o perfil de dureza nesta.
95. Descreva a constituição da ZTA de um aço de baixa liga temperado e revenido a 450oC eindique a(s) região(ões) de maior probabilidade de degradação de propriedades mecânicas.Discuta o efeito da energia de soldagem sobre a microestrutura e propriedades da região degranulação grosseira da ZTA deste aço.
96. Descreva a constituição da zona termicamente afetada de aços carbono com (a) 0,2%, (b)0,8% e (c) 1,0%C.
97. Na soldagem de uma chapa de 50mm de um aço C-Mn com eletrodos revestidos observou-seuma ZTA com dureza máxima de cerca de 360 HV. Indique a região da ZTA em que estadureza foi observada e justifique. Este valor de dureza pode indicar a potencialidade dediferentes problemas nesta solda. Discuta. Cite medidas que poderiam ser tomadas paracontrolar (alterar de forma desejável) este resultado.
98. Discuta a influência da energia de soldagem na dureza e na tenacidade da GGZTA de um açode baixa liga. Qual seria o efeito do teor de carbono (por exemplo, 0,1 x 0,4%C) nestascaracterísticas.
99. Monte um quadro que resuma as principais características (localização e ocorrência da trinca,aparência e fatores principais) dos mecanismos de fissuração que ocorrem de forma maiscomum na soldagem de aços carbono e de baixa liga.
100. Cite três descontinuidades estruturais de uma solda e indique causas operacionais nasoldagem a arco para a formação destas.
101. Cite e descreva um método de ensaio não destrutivo capaz de detectar uma trinca internalocalizada na ZTA de uma solda.
102. Explique a formação de inclusões de escória em uma solda de vários passes e indique asprincipais coisas operacionais para a sua formação. Cite e descreva rapidamente um métodode inspeção não destrutiva para a detecção desta descontinuidade.
103. Descreva a formação de ferrita δ em uma solda de um aço inoxidável austenítico. Estime,com o Diagrama de Schaeffler, a microestrutura do metal depositado pelos seguinteseletrodos de aço inoxidável:
Elet. C Cr Ni Mo Mn SiE308E309E310E316E430E410
0,040,080,120,040,030,09
18,723,126,518,616,612,3
9,512,921,211,7 0,3 0,3
------
2,60,40,3
1,51,81,81,80,40,4
0,420,500,400,450,400,42
OBS: Composições em % em peso.
Qual é o tipo de aço inoxidável de cada eletrodo? Cite, quando for o caso, problemas desoldabilidade de cada eletrodo. Visite o site: http://engm01.ms.ornl.gov/index.html e,
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utilizando a(s) rotina(s) lá disponível(is), estime o teor de ferrita na solda dos eletrodos ecompare os resultados.
104. Considere a deposição de um cordão de solda com um eletrodo E312 (0,05%C-1,7%Mn-0,4%Si-28,5%Cr-9,1%Ni) sobre uma chapa de aço baixa liga (0,3%C-0,9%Mn-0,5%Si-1%Ni). Estime as microestruturas desta solda para diluições de (a) 30 e (b) 60%. (c) Citeeventuais problemas de soldabilidade desta solda para os dois casos anteriores
105. Você precisa depositar uma camada (um só passe de espessura) de aço inoxidável(Cr > 10%) martensítico sobre uma chapa de aço baixa liga (0,3%C-0,9%Mn-0,5%Si-1%Ni)dispondo de um metal de adição (eletrodo) de aço AISI 444 (0,03%C-1,2%Mn-0,4%Si-18,1%Cr-2,1%Mo-0,4%Ni). Estime a faixa de diluição com que você poderá trabalhar(explique eventuais suposições que você fizer).
106. Defina soldabilidade. Cite os principais problemas de soldabilidade dos aços de baixocarbono e dos aços de baixa liga usados em aplicações estruturais.
107. Descreva o fenômeno de sensitização em aços inoxidáveis austeníticos e relacione-o coma possibilidade de ocorrência de corrosão intergranular na ZTA destes aços.
108. Cite os principais problemas de soldabilidade dos aços inoxidáveis ferríticos.
109. Cite os principais problemas de soldabilidade dos ferros fundidos.