1º Teste – 6 de Novembro de 2007
Complementos de Tecnologia Mecânica
Mestrado em Engenharia Mecânica
Professor Pedro Vilaça
1º Semestre do ano lectivo 2007/2008
Duração: 1h30
Grupo I – Caso Prático (9.0 valores)
Uma empresa de gestão de gases para aplicação industrial, pretende construir uma conduta
para armazenamento de azoto líquido, com a configuração representada, na seguinte figura:
 Considerando que a
falha deste componente
representa uma séria
ameaça à segurança das
pessoas, o nível de
qualidade exigido à
construção soldada é
considerado elevado.
 O número total de
componentes a construir é 4,
sendo 2 para serviço e 2
para substituição dos
restantes em caso de
eventual falha.
 Em
termos
de
dimensões, ambos os tubos
têm uma espessura de
10mm, com o diâmetro dos
tubos na zona de soldadura
igual a 200mm, e o
comprimento
dos
dois
componentes,
após
acoplamento, de cerca de
3m.

Por limitações de espaço na oficina, a construção soldada será realizada no exterior.

Ambos os componentes são feitos em aço Ck45, com a seguinte composição:
Composição (%)
C
Nb
Mn
Si
S
Cr
Ni
Mo
Cotovelo e
Vaso de Pressão
(Ck45)
0.45
-
0.30
≤0.04
≤0.01
-
-
-
1
Grupo I (Continuação) – Caso Prático
1. (0.5 valores)
Caracterize o caso prático de acordo com os seguintes termos: Série a produzir; Nível de
responsabilidade; Local de realização da soldadura; Materiais envolvidos; Geometria e
espessuras das peças; Acessibilidade da junta.
2. (4.0 valores)
Analise comparativamente a potencialidade de utilização dos seguintes processos de
soldadura, para o cordão de soldadura a realizar neste caso prático.
a) Soldadura por Fios Fluxados (indicando… o tipo de material de adição)
b) Soldadura TIG (indicando… com ou sem material de adição)
c) Soldadura por Arco Submerso (indicando… o tipo de binário: fio/fluxo)
d) Soldadura por Fricção Convencional Axissimétrica
3. (1.5 valor)
Descreva o processo de soldadura que resultou do anterior estudo de aplicabilidade, indicando
os seus fundamentos, principais parâmetros, vantagens, desvantagens, campo de aplicação e
variantes.
4. (3.0 valores)
a) Discuta a susceptibilidade de ocorrência dos problemas metalúrgicos que conhece, no
caso prático em estudo. Justifique detalhadamente a sua resposta, tendo em conta todas
as condições em que os cordões foram realizados.
b) Para os casos de maior susceptibilidade de ocorrerem, refira ainda como procederia para
evitar, ou pelo menos diminuir, a referida susceptibilidade de ocorrência.
2
Grupo II – Perguntas Diversas (5.0 valores)
NOTA IMPORTANTE: Nas perguntas seguintes, seleccione de entre as 4 respostas
apresentadas, quais as correctas. Tenha em consideração, que o número de respostas
correctas pode variar entre 0 e 4.
Critério de Avaliação: +0.25 valores por cada alínea correcta e -0.25 por cada alínea incorrecta
1. (1.0 valores)
2. (1.0 valores)
No âmbito dos processos de soldadura no estado sólido, ocorrem os seguintes fenómenos e
mecanismos de ligação:
a) Ligações com elevada quantidade de camadas com inter-difusão nas superfícies em
contacto, devido às elevadas forças aplicadas a frio
b) Rebarba em abundância que impossibilita a utilização das peças soldadas
c) Impossibilidade na ligação de peças com temperatura de fusão muito diferentes
d) Apenas a alínea a) está correcta
3. (1.0 valores)
No arco eléctrico a maior queda de potencial eléctrico (tensão) verifica-se:
a) Na mancha anódica e na coluna de arco
b) Na mancha catódica e na coluna de arco
c) Na mancha anódica e na mancha catódica
d) Na coluna do arco
4. (1.0 valores)
5. (1.0 valores)
Porque é que na soldadura MIG/MAG convencional não é possível soldar em corrente contínua
com polaridade directa?
a) Por não ser possível realizar o escorvamento por curto-circuito
b) Devido a existir uma camada superficial nos materiais base que dificulta a soldadura
c) Devido ao nível de radiação emitido na gama de frequências dos ultra-violeta ser
muito intenso, pondo em perigo a saúde dos operadores
d) Devido à dificuldade em estabilizar a forma de transferência do material do eléctrodo
para o banho de fusão
3
Grupo III – Análise Quantitativa (6.0 valores)
Considerando o caso prático descrito no Grupo I, nomeadamente no que respeita à
configuração esquemática da junta e composição química dos materiais utilizados para ambos
os elementos do componente a fabricar (dados físicos do material: temperatura de fusão,
T f  1510 º C ,   c p  0.0044 J / mm3 º C ), e que a soldadura foi realizada com um processo de
Soldadura por Fios Fluxados (SFF), com os seguintes parâmetros:
 Tensão:……………………V = 17.4 V
 Intensidade:………………..I = 230 A
 Velocidade de soldadura. vs = 3.0 mm/s
 Rendimento :……………... = 75 %
 Fios fluxados básicos, armazenados em estufa a 250ºC, aplicados numa junta
topo-a-topo com penetração total
Responda às seguintes questões:
a) (1.5 valores)
Analise a necessidade de realizar um pré–aquecimento da junta, calculando a
temperatura de pré-aquecimento, justificando os cálculos efectuados.
b) (1.5 valores)
Considerando a temperatura de pré aquecimento determinada na questão anterior,
determine a extensão da Zona Afectada pelo Calor, considerando como temperatura
crítica de transformação de carácter metalúrgico no material de base a temperatura do
tratamento de revenido ( T p  420 º C )
c) (1.5 valores)
Determine a extensão da Zona Afectada pelo Calor, nas mesmas condições da alínea b)
mas agora considerando como temperatura de pré-aquecimento a temperatura inicial de
T0  20 º C .
d) (1.5 valores)
Considerando os resultados das alíneas b) e c), diga qual a influência da temperatura de
pré-aquecimento na extensão da Zona Afectada pelo Calor em materiais. Quais as
razões de realizar um pré-aquecimento em materiais com um elevado nível de carbono
equivalente?
4
Formulário e Elementos de Apoio:
 Expressão do nível de Carbono Equivalente: C
eq
C
Mn Cr  Mo  V Ni  Cu


6
5
15
 Determinação da escala de Carbono Equivalente:
Valores Críticos de Dureza e Escala de Ceq
Depósito
sobre chapa
Penetração total
Preparação de junta
normal
Preparação de junta
maquinada
Constrangimento
elevado
Casos especiais
B
375
250*
A
350*
B
375
C
400
A
350
A
350*
C
400
C
400
300*
B
375*
C
400
D
450*
B
375*
B
375*
D
450
D
450
A
350*
C
400*
D
450*
500*
C
400*
C
400*
Normal
300*
Superfície irregular
300*
Superfície contínua
A
350
Nível de Hidrogénio
A
350
Elevado
300*
A
350
A
350*
A
350
Médio
220*
Soldadura por eléctrodo revestido
(SER)
Soldadura por arco submerso (SAS)
Soldadura com fios fluxados (SFF)
com Fluxo (ou Revestimento) Básico
SER, SAS e SFF com eléctrodos
secos a 250ºC
C
400
B
375*
B
375
Baixo
A
350
Processos e Consumíveis
SER, SAS e SFF com eléctrodos
secos a 350ºC
MIG/MAG com fio sujo
D
450
C
400*
Muito
Baixo
Penetração parcial
Canto e em T
Desalinhado
Topo
SER, SAS e SFF com eléctrodos
secos a 450ºC
MIG/MAG com fio limpo
500
D
450*
n
Onde :
Ec   t i
i 1
ti – corresponde à espessura da estrutura de índice i, adjacente ao cordão de soldadura.
n – corresponde ao número de peças adjacentes ao cordão de soldadura.

Nas juntas topo-a-topo, t1 é a espessura média num comprimento de 75mm (a partir do centro do cordão):

Juntas em “T” e em “L”, com um só cordão:

Para cordões de canto iguais e directamente opostos em juntas em T é dada por:
Ec 
1
t1  t 2  t 3 
2
5
Espessura combinada (mm)
(a) Temperatura mínima de pré-aquecimento local (ºC)
 Expressão empírica de determinação de aspectos metalúrgicos resultantes do ciclo térmico
em soldadura por fusão de aços de baixa liga:
4.13    c p  t  Y
1
1


T p  T0
ET
T f  T0
ET   
P
; ET   J / mm
vs
  c   J / mm
T   T  º C
p
p
3º
C
0
t   Y   mm
6