CARLOS NEY ROCHA PESSOA MENDES
CONTRIBUIÇÃO AO DESENVOLVIMENTO DE PROJETO
DE CARROCERIAS AUTOMOTIVAS UTILIZANDO ADESIVO
ESTRUTURAL PARA JUNÇÃO DE CHAPAS METÁLICAS
Dissertação apresentada à Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo
para obtenção do Título de Mestre em
Engenharia
São Paulo
2005
CARLOS NEY ROCHA PESSOA MENDES
CONTRIBUIÇÃO AO DESENVOLVIMENTO DE PROJETO DE
CARROCERIAS AUTOMOTIVAS UTILIZANDO ADESIVO
ESTRUTURAL PARA JUNÇÃO DE CHAPAS METÁLICAS
Dissertação apresentada à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para obtenção do Título
de Mestre em Engenharia
Área de Concentração:
Engenharia Automotiva
Orientador: Prof. Dr. Sérgio Duarte Brandi
São Paulo
2005
FICHA CATALOGRÁFICA
Mendes, Carlos Ney Rocha Pessoa
Contribuição ao desenvolvimento de projeto de carrocerias
automotivas utilizando adesivo estrutural para junção de chapa
metálicas / C.N.R.P. Mendes. -- São Paulo, 2005.
150 p.
Trabalho de curso (Mestrado Profissionalizante em
Engenharia Automotiva). Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo.
1.Carroçaria 2.Resistência estrutural 3.Juntas soldadas 4.Solda por resistência I.Universidade de São Paulo.
Escola Politécnica II.t.
C. Ney Mendes como pessoa
Acreditar sempre no Sim, na possibilidade, na realização, pois a vida nos oferece o
Não, mas devemos lutar, nos empenhar para encontrar o Sim.
Viver é acreditar sempre.
DEDICATÓRIA
À minha Paula e aos meus filhos e amigos Arnon e Eron, e aos que, apesar
das dificuldades, acreditam na realização de um sonho.
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador Prof. Dr. Sérgio Duarte Brandi, pelo constante incentivo,
dedicação e pelas diretrizes dadas, sem as quais o presente trabalho não seria
possível.
Ao meu pai Gilberto e minha mãe Nelsina, fonte dos primeiros estímulos aos
estudos.
Aos amigos Lúcia e Ronald, pelo incentivo constante em todas as conquistas.
À General Motors do Brasil Ltda., em especial aos Srs. Luciano A. Santos, Gerson
Pagnotta, Edson Furlan, Afrânio Paiva, Antônio G. Caputo, Eduardo N. Marques,
Marco Colóssio, José Maria Rolão, Ailton Garcia, Vladimir O. Gonzalez, João
Carlos Rangel, Ulisses Aurélio Gomes, Edmundo Rufino da Silva, Antônio
Francisco da Costa e Jorge Batlle pela ajuda, estímulo, oportunidade e compreensão
inestimáveis.
A Diretoria da COLAUTO, na pessoa do Sr. Taufik El Helou , a Sra. Angela
Marfinatti, Sr. Sergio Pizzo, e aqueles que se tornaram amigos, Luís Fernando
Penacchio e Marco Bagarollo, que tiveram o desprendimento em ensinar sem cobrar
nada em troca.
Aos colegas de turma pela compreensão e incentivo.
A todos que colaboraram no desenvolvimento e execução desse trabalho e que
involuntariamente foram omitidos.
RESUMO
O desafio de um projeto de estrutura metálica de carroceria veicular, é aumentar a
rigidez do conjunto, reduzindo o peso total, a fim de possibilitar melhor relação
peso/potência, o que representará menor consumo e emissão de gases nocivos à
atmosfera.
Este trabalho propõe-se analisar o uso do adesivo estrutural, associado ou não à solda
a ponto por resistência (solda-ponto) e sua real contribuição na formação das novas
carrocerias, possibilitando a rigidez estrutural necessária com redução de peso
(eliminação de reforços adicionais).
Serão realizados testes em corpos de prova de chapa metálica com acabamentos
superficiais de uso comum na indústria automobilística unidos por adesivo epóxi
estrutural (material de produção na GMB - General Motors do Brasil), por solda a
ponto e pelo conjunto dos dois sistemas de união (adesivo + solda ponto), seguindo
testes-padrão ASTM (American Society for Testing and Materials), SAE (Society of
Automotive Engineers) e normas da GM (General Motors Corporation).
Os resultados serão analisados a fim de definir parâmetros da união de chapas
metálicas para a aplicação do adesivo estrutural associado ou não à solda-ponto,
formato da flange, quantidade, posição e características do adesivo e/ou solda-ponto.
A proposta é definir os conceitos para projeto da flange de união, distribuição de
esforços, aplicação do adesivo e/ou solda ponto garantindo rigidez estrutural com
baixo peso estrutural.
ABSTRACT
The challenge involved in a vehicle’s bodywork’s metallic structure’s project is
increasing it’s strength while reducing overall weight, thus propitiating better
weight/power ratio, and increasing performance, as well as decreasing the emission
of harmful fumes.
The purpose of this work is to analyze the use of structural adhesive with and without
welding spots, and its true contribution in the production of a new bodywork, making
weight reduction possible while maintaining the structural integrity needed.
Metal sheet samplers with industrial standard superficial finish commonly used in
vehicle industry will be used for the testing. They will be bonded by structural epoxi
adhesive (a material produced by GMB – General Motors do Brasil), welding spots,
and by the two simultaneously (adhesive + welding). Subsequently, ASTM
(American Society for Testing and Materials), and SAE (Society of Automotive
Engineers) tests will be applied according to GM’s (General Motors) specifications.
Results will be analyzed in order to define parameters for the bonding of metal foils
using structural adhesive with and without welding spots, the bracket’s shape, and
the amount, position, and characteristics of the adhesive with and without welding
spots.
The purpose is to define concepts for the brackets’ design, load distribution, and the
use of structural adhesives with and without welding spots, ensuring structural
integrity with an over all lower weigh.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
LISTA DE SÍMBOLOS
1. JUSTIFICATIVA
1
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4
2.1. HISTÓRICO SOBRE ADESIVOS
4
2.2. DEFINIÇÕES
7
2.3. FUNÇÕES DOS ADESIVOS
8
2.4. VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS JUNTAS ADESIVADAS 11
2.5. TEORIA DA ADESÃO
12
2.5.1. FORÇAS DE ORIGEM QUÍMICA
14
2.5.1.1.Teoria da Adsorção
14
2.7.1. Força de Van der Waals
15
2.5.1.1.1.
Efeito Keesom
16
2.5.1.1.2.
Efeito Debye
17
2.5.1.1.3.
Efeito London
18
2.5.1.1.4.
Teoria de Quimissorção
19
2.5.1.2.
Teoria da Difusão
19
2.5.2. FORÇAS MECÂNICAS – ANCORAMENTO MECÂNICO
20
2.5.3. FORÇAS ELETROSTÁTICAS – TEORIA ELETROSTÁTICA
21
2.6. MOLHAMENTO E ESPALHAMENTO
22
2.7. JUNTA ADESIVADA
23
2.7.1. INTRODUÇÃO
23
2.7.2. TIPOS DE FALHA EM UMA JUNTA ADESIVADA
24
2.7.3. CARREGAMENTOS EXTERNOS
25
2.7.4. ABORDAGENS PRÁTICAS QUANTO A RESISTÊNCIA JUNTA 28
2.8. PROCESSO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE
29
2.8.1. PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE METÁLICA
30
2.8.2. PROCESSOS DE LIMPEZA
32
2.8.3. APLICAÇÃO DE PRIMERS
35
2.9. TIPOS DE ADESIVOS
37
2.9.1. ADESIVOS TERMOFIXOS
38
2.9.2. ADESIVOS TERMOPLÁSTICOS
40
2.9.3. OUTROS TIPOS DE ADESIVOS
41
2.10. CLASSES DE ADESIVOS
42
2.10.1. ADESIVO ESTRUTURAL
45
2.10.2. PRINCIPAIS FAMÍLIAS QUÍMICAS
45
2.10.3. Adesivo estrutural à base de Epóxi
48
2.10.4. Composição química do adesivo epóxi
51
2.10.4.1.1. Aditivos e Modificadores
56
2.10.5. PROCESSO DE APLICAÇÃO E CURA DO ADESIVO
58
2.10.6. Efeitos do tempo
58
2.10.7. Processos de estocagem
59
2.10.8. Materiais Perigosos
60
2.10.9. APLICAÇÃO DO ADESIVO
61
2.11. Aplicação Manual
62
2.11.1. Aplicação Automática
63
2.12. Estufas
65
2.11. PROJETO DA JUNTA ADESIVADA
67
2.11.1. CARREGAMENTO POR CISALHAMENTO
69
2.11.2. CARREGAMENTO POR DESPELAMENTO
71
2.11.3. DISPOSITIVOS DE POSICIONAMENTO
75
2.12. FALHAS E REPAROS NAS JUNTAS ADESIVADAS
77
2.13. JUNÇÃO POR SOLDA À RESISTÊNCIA
80
2.13.1. TECNOLOGIAS DE SOLDAGEM
83
2.13.2. Solda por Resistência
83
2.13.3. Solda por Resistência a Ponto
84
2.13.4. Estação de solda a ponto manual
90
2.13.5. Transformador de solda a ponto
91
2.13.6. Cabo Secundário
93
2.13.7. Programador de solda
94
2.13.8. Máquinas de solda a ponto
95
2.13.9. Estação de solda a ponto automática
96
2.14. Descontinuidades na solda por resistência
97
2.14.1. Aparência Superficial
98
2.14.2. Tamanho da Solda e Profundidade de Fusão
98
2.14.3. Resistência e ductilidade
99
2.14.4. Descontinuidades Internas
101
2.14.5. Separação das chapas e expulsão
102
2.14.6. Qualidade da solda a ponto
103
2.14.7. Solda a ponto em aços de baixo carbono
106
2.14.8. Solda a ponto com adesivo
107
3. OBJETIVO
109
4.
110
MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. CHAPAS METÁLICAS
110
4.1.1. GRAU DE ESTAMPAGEM
110
4.1.2. ESPESSURAS
111
4.1.3. REVESTIMENTO
111
4.1.4. COMPOSIÇÃO QUÍMICA PADRÃO CHAPAS AÇO CARBONO 113
4.1.5. PROPRIEDADES MECÂNICAS CHAPAS DE AÇO CARBONO 113
4.1.6. ÓLEO DE PROTEÇÃO E ESTAMPAGEM
114
4.1.7. DEFINIÇÃO DOS CORPOS DE PROVA
115
4.2. ADESIVO ESTRUTURAL
116
4.2.1. CLASSE DO MATERIAL
116
4.2.2. TEMPERATURA DE CURA
116
4.2.3. ABSORÇÃO DO ÓLEO DE ESTAMPAGEM
116
4.2.4. CARACTERÍSTICAS DO ADESIVO
117
4.3. METODOLOGIA
118
4.3.1. NORMAS
118
4.3.2. DEF. DA ÁREA DE JUNÇÃO NO TESTE DE CISALHAMENTO 120
4.3.2.1.Teste cisalhamento, junta adesivada
121
4.3.2.2.Teste cisalhamento, junta soldada
122
4.3.2.3.Teste cisalhamento, junta solda adesivada
123
4.3.3. DEF. DA ÁREA DE JUNÇÃO NO TESTE DE CISALHAMENTO 124
4.3.3.1.Teste despelamento, junta adesivada
124
4.3.3.2.Teste despelamento, junta soldada
125
4.3.3.3.Teste despelamento, junta solda adesivada
126
4.3.4. EQUIPAMENTOS
126
4.3.4.1.Equipamento de solda a ponto por resistência
126
4.3.4.2.Equipamento para aplicação adesivo
129
4.3.4.3.Estufas de cura do adesivo
129
4.3.4.4.Equipamento de tração
130
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
131
5.1. CISALHAMENTO
131
5.1.1. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA ADESIVADA
131
5.1.2. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA SOLDADA
132
5.1.3. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA SOLDA ADESIVADA 132
5.2. DESPELAMENTO
133
5.2.1. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA ADESIVADA
133
5.2.2. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA SOLDADA
134
5.2.3. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA SOLDA ADESIVADA 135
5.3. DISCUSSÃO
136
6. CONCLUSÕES
150
Sugestão para Trabalhos futuros
152
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
153
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 - Os setes principais grupos de adesivos e sua utilização
06
Tabela 02 - Vantagens e desvantagens das juntas adesivadas
11
Tabela 03 - Características dos vários tipos de adesivos
43
Tabela 04 - Vantagens e limitações dos diferentes tipos de adesivos
44
Tabela 05 - Vantagens e limitações dos adesivos estruturais mais empregados 46
Tabela 06 - Propriedades dos 5 principais grupos dos adesivos estruturais
47
Tabela 07 - Propriedades Físicas dos adesivos epóxi mono componente
55
Tabela 08 - Propriedades Mecânicas dos adesivos epóxi mono componente
56
Tabela 09 - Parâmetros de Solda de Referência
88
Tabela 10 - Causas e efeitos de descontinuidades na solda
99
Tabela 11 - Composição dos corpos de prova (CP n)
112
Tabela 12 - Composição química das chapas de aço carbono
113
Tabela 13 - Propriedades mecânicas das chapas de aço carbono
114
Tabela 14 – Caract. do Embutimento Erichsen (diâm. de punção 20,0 mm) 114
Tabela 15 - Definição do comprimento de sobreposição (w) junta adesivada 121
Tabela 16 - Definição do comprimento de sobreposição (w) junta soldada
123
Tabela 17 - Definição da largura l do CP na junta solda adesivada
124
Tabela 18 - Parâmetros de controle da solda (Junta soldada)
128
Tabela 19 - Parâmetros de controle da solda (Junta Solda Adesivada)
128
Tabela 20 – Tensões teste cisalhamento – junta adesivada
131
Tabela 21 – Tensões teste cisalhamento – junta solda a ponta
132
Tabela 22 – Tensões teste cisalhamento – junta soldada + adesivo
132
Tabela 23 – Tensões teste despelamento – junta adesivada
133
Tabela 24 – Tensões teste despelamento – junta soldada
134
Tabela 25 – Tensões teste despelamento – junta soldada + adesivo
135
Tabela 26 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 0,8 mm
137
Tabela 27 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 0,9 mm
137
Tabela 28 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 1,0 mm
137
Tabela 29 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, revestimento BGA 138
Tabela 30 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, revestimento BZ
138
Tabela 31 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, sem revestimento
138
Tabela 32 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, espessura 0,8 mm
139
Tabela 33 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, espessura 0,9 mm
139
Tabela 34 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, espessura 1,0 mm
139
Tabela 35 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, revestimento BGA
140
Tabela 36 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, revestimento BZ
140
Tabela 37 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, sem revestimento
140
Tabela 38 – Análise Var., Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 0,8 mm
141
Tabela 39 – Análise Var., Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 0,9 mm
141
Tabela 40 – Análise Var. Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 1,0 mm
141
Tabela 41 – Análise Var., Cisalh., solda ponto + adesivo, revest BGA
142
Tabela 42 – Análise Var., Cisalh., solda ponto + adesivo, revest BZ
142
Tabela 43 – Análise Var., Cisalh., solda ponto + adesivo, sem revest.
142
Tabela 44 – Análise Var., Despelamento, adesivo, espessura 0,8 mm
143
Tabela 45 – Análise Var., Despelamento, adesivo, espessura 0,9 mm
143
Tabela 46 – Análise Var., Despelamento, adesivo, espessura 1,0 mm
143
Tabela 47 – Análise Var., Despelamento, adesivo, revest. BGA
144
Tabela 48 – Análise Var., Despelamento, adesivo, revest. BZ
144
Tabela 49 – Análise Var., Despelamento, adesivo, sem revest.
144
Tabela 50 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , esp. 0,8 mm
145
Tabela 51 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , esp. 0,9 mm
145
Tabela 52 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , esp. 1,0 mm
145
Tabela 53 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , revest. BGA
146
Tabela 54 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , revest. BZ
146
Tabela 55 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , sem revest.
146
Tabela 56 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , esp.0,8 mm – parc. Ades. 147
Tabela 57 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , esp.0,9 mm – parc. Ades. 147
Tabela 58 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , esp.1,0 mm – parc. Ades. 147
Tabela 59 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , reves. BGA – parc. Ades. 148
Tabela 60 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , reves. BZ – parc. Ades. 148
Tabela 61 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , s / reves. – parc. Ades.
148
Tabela 62 – Ana.Var., Desp., ades.+solda pto , revest BGA.– parc. solda pto 149
Tabela 63 – Ana.Var., Desp., ades.+solda pto , revest BZ. – parc. solda pto 149
Tabela 64 – Ana.Var., Desp., ades.+solda pto , s/ revest – parc. solda pto
149
LISTA DE FIGURAS
Fig. 01 - Nomenclatura da junta adesiva
7
Fig. 02 - Efeito da aspereza da superfície adesivada
20
Fig. 03 - Ângulo de contato da gota de líquido numa superfície plana
22
Fig. 04 - Regiões ref. às falhas coesivas, adesivas e delaminação revest.
24
Fig. 05 - Carregamentos em juntas
25
Fig. 06 - Junta simples sobreposta
26
Fig. 07 - Composição Química básica da Resina Epóxi
51
Fig. 08 - Amina aromática 4,4´- Diaminodifenil Metana (MDA)
51
Fig. 09 - Epóxi curado após reação com Amina Aromática
52
Fig. 10 - Bomba pneumática para adesivo mono-componente
61
Fig. 11 - Pistola aplicação manual adesivo mono-componente
62
Fig. 12 - Aplicação manual do adesivo epóxi no reforço aplicado
62
Fig. 13 - Detalhamento esquemático flangeamento porta
63
Fig. 14 - Esquema da linha de flangeamento porta
64
Fig. 15 - Detalhes do flangeamento do porta dianteira lado direito
65
Fig. 16- Processo de pintura por imersão carroceria, ELPO
65
Fig. 17 - Distribuição de temperaturas interna na estufa do ELPO
66
Fig. 18 - Vista interna da estufa do ELPO
66
Fig. 19 - Formas de carregamento
68
Fig. 20 - Correlação entre a força e sobreposição dos corpos em cisalhamento 69
Fig. 21 - Modificação na Distribuição da Tensão de Cisalhamento
70
Fig. 22 - Rotação junta sobreposta simples devido a excentricidade das forças 72
Fig. 23 - Projeto de junta de chapas metálicas adesivadas
73
Fig. 24 - Projeto de junta de topo com adesivo de itens extrudados e usinados 74
Fig. 25 - Projetos de juntas adesivadas especificas para cantos em formato T 75
Fig. 26 - Projetos de juntas adesivadas combinadas a fixação mecânica
76
Fig. 27 - Retrabalho em painel aeronáutico com tampão estrutural
77
Fig. 28 - Substituição de parte do painel lateral com o uso do adesivo
78
Fig. 29 - Tendências nos processos de junção em carrocerias
80
Fig. 30 - Processos de soldagem utilizados na indústria automobilística
81
Fig. 31 - Processos básicos de solda por resistência elétrica
84
Fig. 32 - Resistências existentes no circuito percorrido pela corrente elétrica 85
Fig. 33 - Temperaturas no circuito de solda
87
Fig. 34 - Causas da diminuição da área de contato dos eletrodos
87
Fig. 35 - Ciclo completo de solda
89
Fig. 36 - Gráfico de Variação Resistência X Força
90
Fig. 37 - Estação típica de solda a ponto
91
Fig. 38 - Transformador de solda a ponto
92
Fig. 39 - Transformador básico de solda a ponto – esquema
93
Fig. 40 - Programador de solda a ponto
95
Fig. 41 - Tipos de máquinas de solda a ponto - Tipo “C”
95
Fig. 42 - Tipos de máquinas de solda a ponto - Tipo “X”
96
Fig. 43 - Estação típica de solda a ponto automática
97
Fig. 44 - Cavidades internas - espessura igual ou maior que 1,0 mm
101
Fig. 45 - Separação excessiva entre as chapas
102
Fig. 46 - Teste de cisalhamento
120
Fig. 47 - Definição de área mínima para ponto de solda
122
Fig. 48 - Teste de Despelamento
125
Fig. 49 - Centro da solda ponto, teste de despelamento
125
Fig. 50 - Detalhe dos comandos do transformador máquina de solda
127
Fig. 51 - Braço de solda no formato de pinça
127
Fig. 52 - CP cisalhamento preparados para cura do adesivo
129
Fig. 53 - Estufa de cura do adesivo epóxi
130
Fig. 54 - Equipamento de tração e detalhe visor indicativo força
130
Fig. 55 – Gráfico , cisalhamento, adesivo, mesma espessura
137
Fig. 56 – Gráfico , cisalhamento, adesivo, mesma revestimento
138
Fig. 57 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto, mesma espessura
139
Fig. 58 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto, mesmo revestimento
140
Fig. 59 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto + adesivo, mesma espessura
141
Fig. 60 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto + adesivo, mesmo revest.
142
Fig. 61 – Gráfico, despelamento, adesivo, mesma espessura
143
Fig. 62 – Gráfico, despelamento, adesivo, mesmo revestimento
144
Fig. 63 – Gráfico, despelamento, solda ponto, mesma espessura
145
Fig. 64 – Gráfico, despelamento, solda ponto, mesmo revestimento
146
Fig. 65 – Gráf., desp., solda pto + adesivo, parcela adesivo, mesma esp.
147
Fig. 66 – Gráf., despel., solda pto + adesiv., parc. adesivo, mesmo revest.
148
Fig. 67 – Gráf., despel., solda pto + adesivo, parc. solda pto , mesmo revest. 149
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ASTM - American Society for Testing and Materials
SAE – Society of Automotive Engineers
GMB - General Motors do Brasil
GM - General Motors Corporation
MDF - medium density fiberboard
HSS - High Strengh Steel
BH - Bake Hardening
CDT - Corona Discharge Treatment
PE – Polietileno
PP – Polipropoileno
ASP - Adesivo Sensível a Pressão
UV - Ultra Violeta
FE - Feixe de Elétrons
Pa.s – Pascal por segundo (checar com Luis 2.3.2.1)
SMC – Sheet Molding Compound
BFF – Bobina de aço Fina laminado a Frio
BW - Body in White
MIG – Solda metal em gás inerte
MAG - Solda metal em gás ativo
RWMA - Resistance Welders Manufacturers
TSP - Transformador de solda a ponto
MSPP - Máquina de solda a ponto portátil
BGA – bobina galvannealed produzida em linha contínua de galvanização
BZ – bobina zincada produzida em linha contínua de galvanização a quente
BFF – bobina a frio sem revestimento (chapa nua)
EP – qualidade de estampagem profunda
EEP – qualidade de estampagem extraprofunda, resistente ao envelhecimento
CSC – qualidade de estampagem para conformação supercrítica
LISTA DE SÍMBOLOS
kJ/mol – quimissorção
°C – centigrados
1
1. JUSTIFICATIVA
O nível de desenvolvimento e desempenho alcançados pelos adesivos
possibilitou a criação de diversos produtos que já estão incorporados ao uso na
sociedade. Na indústria madeireira, sua utilização gerou uma diversidade de
subprodutos que, no passado, seriam impossíveis, como as placas de
compensados, aglomerados, MDF (Medium Density Fiberboard), alterando até o
uso das reservas de madeira nobre, já que o substituto atende a demanda em
qualidade e preço, como também permite o uso racional da escassa reserva de
madeiras maciças.
O desenvolvimento dos adesivos foi impulsionado pelas necessidades de baixo
peso e alto poder de união da indústria aeroespacial, possibilitando a construção
de grandes estruturas adesivadas e velozes aeronaves militares. Os adesivos
possuem extensa gama de produtos, desde uma simples fita adesivada até um
processo de colmeias unidas pelo sistema de autoclave. Essa variedade torna
complexa a tarefa de escolha correta do adesivo/processo mais adequado ao
produto a ser unido.
Uma falha bastante comum é desenvolver a união em áreas de contato por
elementos mecânicos (parafusos, cavilhas, rebites, solda), e caso seja necessário
a aplicação do adesivo, não se ater à análise das áreas (flanges), nem seguindo
regras e critérios para definição e preparação das flanges a serem coladas. O
correto projeto e preparação das flanges afetam definitivamente os resultados
finais da junta colada em desempenho e durabilidade quanto às interações com o
meio ambiente onde a junta irá trabalhar. A estrutura e as características
químicas das superfícies a serem coladas afetam o sucesso de junta.
O processo de preparação, aplicação, pré-cura e cura total deve estar de acordo
com as características dos componentes ativos dos adesivos. Para alguns tipos de
adesivos se faz necessária a aplicação de energia térmica para iniciar a reação
química entre as moléculas, partindo de um material fluido com baixo peso
2
molecular sem carregamento entre as moléculas para um material sólido, estável,
com alto peso molecular capaz de receber esforços, sem falhas ou trincas.
O processo mais comum para obter uma cura com alto desempenho é a aplicação
de calor e pressão controlados. Para tal, é necessário levar em consideração as
características geométricas das peças e suas dimensões. Para melhor relação
custo- beneficio, grandes fornos realizam o processo de autoclave em grandes
painéis ou mesmo na asa completa de uma aeronave, pela confiabilidade e ganho
de peso proporcionados pelos adesivos estruturais.
Conforme descrito, a correta utilização dos adesivos exige conhecimento dos
materiais afetados diretamente, associado às características de projeto,
manufaturabilidade, análise de custos, capacidade de reparo das partes
adesivadas. As grandes estruturas (por exemplo a fuselagem de avião) estão
sujeitas às mesmas análises e critérios que as juntas adesivadas que as compõem.
Falhas podem ocorrer antes do previsto. Assim, a análise prematura das falhas e
o conhecimento necessário para o reparo adequado das juntas são fatores
importantes a serem considerados para novos projetos. É preciso estar a par dos
conceitos básicos de configuração das áreas a serem coladas, da preparação da
superfície e do processo a ser adotado para alcançar a performance desejada.
A área de projetos de carrocerias de chapa metálica tem por missão desenvolver
veículos com maior rigidez estrutural a fim de garantir a segurança e integridade
dos ocupantes nas diversas situações, porém, com redução de peso e melhor
relação peso/potência do conjunto veículo, permitindo a utilização de motores de
menor capacidade/consumo, com desempenho global aprovado pelo usuário.
Para tanto, são utilizados materiais metálicos com menor espessura, aços de
maior resistência (HSS- High Strengh Stell), endurecimento após passagem por
estufa (BH - Bake Hardening), etc. Ocorrem situações em que se faz necessária a
aplicação de reforços estruturais, adição de peça metálica unindo os componentes
com solda a ponto, o que exige novos equipamentos, criação de subconjuntos a
3
fim de permitir acesso, estações com robô em função da espessura final e posição
do conjunto a ser soldado.
Assim, este trabalho propõe-se analisar a utilização dos adesivos estruturais e sua
real contribuição na formação das novas carrocerias, com a rigidez estrutural
necessária associada à redução de peso, desenvolver novas junções, visando à
utilização do adesivo estrutural, possibilitar a eliminação dos reforços,
associados ou não à solda a ponto, sem gerar complexidade de montagem ou
novos equipamentos ou desmembramentos dos componentes em subconjuntos.
O intuito final é o aprimoramento dos conceitos de projeto para otimização do
adesivo estrutural, obtendo carrocerias mais leves, atendendo o requisito de peso
total associado à rigidez estrutural necessária, permitindo motores menores com
menor taxa de emissão de gases nocivos à atmosfera. A proposta do trabalho é
detalhar a utilização dos adesivos estruturais, já que sua aplicação não se resume
à substituição dos outros elementos de junção (solda / rebite / parafuso, etc.) mas
sim um projeto da junta especificamente desenvolvido visando à utilização
correta do adesivo (atenção às áreas de aplicação, distribuição de esforços, linha
de ação, etc.).
4
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Adesivo, conforme definição da ASTM (American Society for Testing and
Materials) é a “substância capaz de reter materiais juntos pela superfície de
contato” [1]. A função do adesivo pode ser entendida por duas premissas:
•
uma substância só poderá ser identificada como adesivo, analisando-se o
contexto em que é empregada, e
•
um adesivo não existirá, se unir “nada com coisa alguma”; é indispensável
uma superfície para a configuração da união e do material como adesivo.
2.1.HISTÓRICO SOBRE ADESIVOS
Adesivos eram utilizados de sofisticadas maneiras em tempos ancestrais.
Escavações realizadas em Tebas encontraram materiais de 3300 anos a. C, como
um pote de cola e um pincel [2] para aplicação do adesivo em uma fina prancha
de peças folheadas com um tipo de verniz. No palácio de Knossos, em Creta, as
paredes foram pintadas com uma substância a partir da cal molhada, misturada
com minério de ferro para os tons vermelhos e cobre, para os azuis [3].
Os egípcios utilizavam goma arábica, formada pela folhas da acácia, ovos,
bálsamos semilíqüidos e resinas de outras árvores como cola para diversos fins.
Os caixões mortuários de madeira eram decorados com pigmentos adesivados
com gesso, uma mistura de giz de calcário e goma arábica. Os papiros, folhas de
material vegetal, possibilitaram o desenvolvimento da escrita no antigo Egito;
eram raízes amassadas e distribuídas em camadas com aplicação de material
adesivo que possibilitava a união das diversas camadas, aumentando sua
durabilidade, permitindo que fossem marcadas, escritas e desenhadas com tintas
especiais e enroladas para uso futuro [3]. Papiros foram encontrados em perfeitas
condições, garantindo a transmissão de informações por muitos séculos. Os
adesivos são descritos em passagens bíblicas, como o betume na construção da
torre de Babel (desde esses tempos a correta identificação do material já se
mostrava importante). Os adesivos e selantes tiveram importância estratégica nos
5
grandes ciclos das navegações mediterrâneas para calafetação à base de cera de
abelhas, como o piche à base da seiva dos pinheiros para calafetação que, depois
de preparado, com a temperatura adequada de cura, garantia a estanqueidade das
naus romanas.
Os adesivos naturais foram desenvolvidos e utilizados de diversas formas por
todas as culturas, porém, o grande avanço se deu a partir da Segunda Grande
Guerra mundial para atender as necessidades geradas pela falta dos materiais
tradicionais [4].
As resinas sintéticas surgiram na tentativa de obter uniões mais resistentes à
umidade. Na Primeira Grande Guerra aeronaves foram desenvolvidas utilizando
adesivos à base de material orgânico. Em maiores altitudes, para maiores
resistências, fizeram-se necessários materiais adesivos que garantissem a junção.
A primeira resina sintética foi o Formaldeído Fenólico usado na junção de
madeiras. No ápice da Segunda Guerra as resinas epóxis e fenólicas foram
melhoradas para atender a indústria aeronáutica que necessitava de aeronaves
com maior capacidade de carga, mais leves e com maior rigidez estrutural.
No período de 1975 a 1987 houve o aumento de 50% no uso de adesivos [4],
entre os quais os sete mais conhecidos (big seven) : acrílicos, cianoacrilatos,
anaeróbicos, polivinilacetato, acetato de etileno vinílico, bloco de copolímero de
estireno e poliuretanas, como mostra a Tabela 1.
6
Tabela 1 – Os setes grupos principais de adesivos e sua utilização, [4].
TIPO DE ADESIVO
1 - Acrílicos
APLICAÇÃO
Construção, têxtil, sensível à pressão,
automotivo, eletro-eletrônico, abrasivo,
embalagens, mobiliário
2 - Cianoacrilatos
Eletrônico, uso doméstico, automotivo,
brinquedos, cosméticos,
eletrodomésticos, manutenção–reparo.
3 - Anaeróbicos
automotivo, colagem estrutural,
manutenção–reparo.
4 - Polivinilacetato
Construção, embalagens, têxtil,
mobiliário, consumidor, encadernação
de livros
5 - Acetato de etileno vinílico
Embalagens, têxtil, mobiliário, uso
doméstico, filtros, automotivo,
construção, encadernação de livros
6 - Bloco de copolímero de estireno
Embalagens, sensível à pressão,
automotivo, encadernação de livros
7 - Poliuretanas.
Têxtil, embalagens, mobiliário,
automotivo, construção, calcados
7
2.2. DEFINIÇÕES
A ASTM D907-89 [1] apresenta uma classificação dos adesivos, vide Figura 1 :
ADESIVO – substância capaz de manter unidos elementos pelo contato das
superfícies.
ADERENTE – elemento unido a outro elemento por adesivo.
SUBSTRATO – camada mais superficial do elemento, que, caso seja aplicado o
adesivo, possibilita sua junção a outro elemento.
PRIMER – cobertura previamente aplicada ao substrato do aderente a fim de
garantir melhor aderência do adesivo.
JUNTA ADESIVADA – conjunto de elementos unidos pelo adesivo.
ADESÃO – fenômeno que possibilita ao adesivo transferir uma carga do
substrato para a junta adesivada.
AB-HESÃO – o fenômeno da antiadesão, que identifica a menor adesão possível
entre os substratos ou a capacidade de deslizamento entre os substratos;
TEFLON ® e silicones são materiais ab-hesivos.
ADESÃO PRÁTICA - medida da força física de uma junta; as falhas numa junta
adesivada são identificadas como:
FALHA ADESIVA – falha entre o adesivo e o substrato do aderente, ruptura
entre substrato e adesivo
FALHA COESIVA – falha entre as camadas internas do adesivo, ruptura entre
adesivo e adesivo.
Figura 1 - Nomenclatura da junta adesivada , [5].
8
2.3. FUNÇÕES DOS ADESIVOS
Os adesivos têm diversas funções [6], que serão descritas a seguir.
a) Fixação Mecânica
A função principal dos adesivos é a fixação mecânica das superfícies / partes,
com carregamentos de um membro da junta para o outro, permitindo melhor
distribuição de esforços comparado às fixações mecânicas clássicas (parafusos,
pinos, rebites). Por essa característica, grandes estruturas adesivadas podem ser
confiáveis, por um processo mais simplificado, com o menor peso e custo final.
Como a junção se dá pela superfície, é possível a união de chapas de diferentes
espessuras. Os esforços distribuídos pela área de contato, como também o fato de
os processos de aplicação e cura não influírem com modificações mecânicas,
como furos nem exigirem bruscas modificações nas temperaturas de superfície,
não afetam microestrutura das ligas metálicas, permitindo uniões adesivadas
entre ligas de alumínio e/ou magnésio a temperaturas adequadas sem afetar a
integridade dos materiais componentes, diferente dos processos de soldagem ou
da concentração de esforços pela fixação mecânica com parafusos / rebites, que
exigem um tratamento especial na região.
b) Calafetação e Isolamento
Pela própria característica da união por contato entre as superfícies, os adesivos
formam barreira à penetração e ao ataque dos fluidos. Também atuam como
isolantes termoelétricos, que podem ter seu desempenho acentuado com o
acréscimo de materiais (espumas ou partículas metálicas) para garantir
conectividade elétrica entre os componentes.
9
c) Resistência à Corrosão e Vibração
Adesivos podem prevenir a corrosão galvânica em juntas metálicas com
materiais não similares, atuando também como barreiras para a vibração. As
características para isolação podem ser ajustadas conforme a formulação do
adesivo, lembrando que sua alteração afeta a resistência à tração etc. O
isolamento permite a substituição de peças formadas (controle de estoque, área
ocupado pelos estoques de pecas ao lado da linha) para o material bombeável
com aplicação manual ou automática (robôs). O material isolante permite melhor
controle de peso, o que reflete no peso final da carroceria do veículo, já que é
aplicado nas regiões exatas com características controladas para a barreira ao
som. O material é curado na estufa do primer, no caso da indústria
automobilística.
d) Resistência à Fadiga
A resistência à fadiga está relacionada à capacidade de barrar a vibração. Com a
especificação correta em função dos materiais envolvidos e características das
juntas, os adesivos são capazes de trabalhar com esforços repetitivos em ciclos
de carregamentos, sem propagação de falhas ou trincas.
e) Contornos suavizados das juntas
Os adesivos, em geral, não afetam a aparência das superfícies externas nas juntas
coladas, diferente dos parafusos, rebites ou porcas, que tornam visível a transição
nas juntas. Em situações onde a regularidade superficial e a aerodinâmica são
importantes (painéis unidos na asa, fuselagem de aviões / painéis no teto dos
automóveis), a suavidade nos contornos é determinante para não gerar ruídos
causados pelo vento e instabilidade com o desgaste prematuro. Atualmente as
pás dos rotores dos helicópteros são coladas, garantindo vida útil maior em
comparação ao antigo processo que utilizava elementos mecânicos na fixação
[6].
10
f) Limitações
Estruturas adesivadas devem ser cuidadosamente projetadas e utilizadas sob
condições controladas, respeitando o limite operacional do adesivo / junta
definido.
As limitações ocorrem devido à associação de diferentes tipos de esforços em
faixas de estresses da junta, esforços estáticos ou dinâmicos, condições do meio
ambiente como umidade, temperatura e exposição a vapores e/ou líquidos a que
são submetidas as juntas.
As juntas produzidas com adesivos orgânicos são afetadas pela aplicação
simultânea de umidade e esforço mecânico. Alguns adesivos, especialmente
aqueles que contêm componentes sensíveis à umidade, apresentam baixo
desempenho nessas condições. Juntas formadas por esse tipo de material não são
capazes de sustentar carregamentos constantes que produzem mais de 10% do
esforço da última falha em estado normal num curto período. Juntas produzidas
por outros adesivos (como os cianocrilatos ou uretanos) podem resistir 50% do
esforço de falha (failing stress) por períodos mais extensos. A durabilidade de
uma junta adesivada é influenciada não somente pelas propriedades do adesivo
como também pela preparação da superfície dos materiais a serem unidos. Se a
camada da superfície estiver fraca e suscetível à umidade, a junta também o será
[6].
11
2.4. VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS JUNTAS ADESIVADAS
A Tabela 2 detalha as vantagens e desvantagens das juntas adesivadas
Tabela 2 – Vantagens e desvantagens das juntas adesivadas, [6].
VANTAGENS
- Melhor distribuição de esforços numa
maior área de carregamento comparado às
juntas com elementos mecânicos de
fixação.
- Possibilita a junção de materiais de
diferentes espessuras em qualquer formato.
- Possibilita a junção de qualquer
combinação de materiais similares ou não.
- Minimiza ou previne contra corrosão
eletroquímica entre materiais dissimilares.
- Resiste à fadiga.
- Promove juntas suavizadas que não
afetam a aerodinâmica da superfície
externa à junção.
- Permite a calafetação, isolamento
(termoelétrico) e barreira contra a vibração
num mesmo processo.
- Freqüentemente mais rápido e com menor
custo quando comparado às juntas com
elementos mecânicos de fixação.
- Temperatura necessária para a cura dos
adesivos não afeta as características
mecânicas dos metais a serem unidos.
- Limpeza posterior à aplicação do adesivo
(anterior à cura) não difícil de ser
executada na produção.
DESVANTAGENS
- Necessita de cuidadosa preparação da
superfície dos materiais a serem unidos
(aderentes).
- Alguns materiais adesivos requerem
longos períodos para cura total e
liberação para uso normal.
- Limitação quanto à temperatura de
serviço por volta de 175 °C (usual),
porém, há adesivos disponíveis que
atendem 370 °C em uso limitado.
- Temperatura e pressão podem ser
requeridas no processo de montagem.
- Dispositivos podem ser necessários
para aplicação e montagem dos
conjuntos adesivados.
- Normalmente necessário rígido
controle das características do processo
para garantir uma junta de qualidade.
12
2.5. TEORIA DA ADESÃO
As pessoas possuem uma classificação intuitiva e operacional da adesão de
componentes, geralmente associada à dificuldade de a junta adesivada se
desfazer, identificando o adesivo aplicado como “bom“ ou “ruim”. Como
exemplo, para proteger uma região que não deva ser pintada (mascaramento), a
“boa” fita deve desenrolar-se facilmente, garantir perfeita adesão à superfície da
região que irá mascarar, a tinta não deve penetrar nem pela fita nem pela borda
adesivada entre a fita e a região, não permitir a remoção, com a fita, do substrato
do aderente, garantir que a superfície do substrato permaneça limpa, sem
vestígios do adesivo, que a película de tinta entre a região pintada e a região
mascarada não fique picotada (característica específica da fita, com pequena
parcela de participação do adesivo). Se a mesma fita permanecer um período
acima do especificado e for exposta ao sol ou ao tempo, seu comportamento será
radicalmente alterado, não permitindo que a remoção seja fácil e limpa, com
ondulação e falha no mascaramento devido à umidade. Importante notar que o
adesivo nos dois exemplos é o mesmo e constante, porém, a ação dos aderentes
em função do meio afetou o resultado final do conjunto adesivado. Dessa forma,
a qualidade de um conjunto adesivado é resultado não unicamente do adesivo
aplicado, mas da interação dos componentes, das forças coesivas e adesivas e do
meio ambiente a que está submetida a junta.
Assim, de forma prática, aquilo que identificamos como adesão não é somente
uma característica intrínseca do adesivo ou polímero, mas as interações da junta
adesivada em relação ao meio e aos esforços a que está submetida. A percepção
de uma “boa“ ou “má“ adesão depende de como a junta é formada, como será
testada, as expectativas e se atende às condições de teste. As partes de uma junta
adesivada falam por si mesmas, separadamente: o adesivo, o aderente, o primer,
o tratamento superficial do substrato, mas é a interação das partes envolvidas que
caracterizará e definirá o desempenho da junta adesivada.
13
Apesar da grande variedade de adesivos disponíveis hoje, com características e
usos específicos, todos possuem quatro atributos básicos:
•
através somente da superfície de contato, os esforços e carregamentos são
transferidos de um componente para o outro, numa junta adesivada;
•
devem comportar-se como líquidos, ao menos durante o período inicial da
colagem, garantindo o molhamento da superfície dos aderentes;
•
apresentam contínuos e, algumas vezes, variáveis carregamentos internos
através de toda a vida da junta adesivada;
•
devem trabalhar em conjunto com outros componentes a fim de fornecer uma
junta adesivada durável, com resistência à degradação dos elementos pelo
meio ambiente ao qual será exposta.
A habilidade para carregamento dos esforços e a baixa viscosidade inicial a fim
de facilitar o rápido molhamento da superfície definem que tipo de material
deverá ser utilizado como adesivo.
Os mecanismos de adesão vêm sendo estudados há anos, gerando teorias que, em
conjunto (como o próprio conceito da adesão), apresentam propostas para
explicação do fenômeno como um todo [6]. A ligação do adesivo a uma
superfície (substrato), garantido o molhamento, é o resultado de:
•
FORÇAS
DE ORIGEM QUÍMICA –ligações químicas diretas entre as
interfaces.
•
FORÇAS DE ANCORAMENTO MECÂNICO – ancoramento mecânico nas
rugosidades e porosidades superficiais dos componentes da junta.
•
FORÇAS ELETROSTÁTICAS – atração eletrostática entre as superfícies de
contato.
É a interação dessas forças que produz a junção adesiva.
14
2.5.1. FORÇAS DE ORIGEM QUÍMICA
2.5.1.1.Teoria da Adsorção
A ligação do adesivo a uma superfície (substrato) é o resultado das forças
mecânicas, físicas e químicas que interagem, permitindo a junção adesiva. Pelo
conceito de “Ancoramento Mecânico”, o adesivo preenche os poros e
rugosidades dos substratos do aderente; no caso das forças químicas, são as
ligações químicas e interações intermoleculares que ocorrem nas interfaces dos
sistemas heterogêneos.
A Teoria de Adsorção estabelece que a adesão resulta do contato intermolecular
íntimo entre dois materiais e envolve forças de superfície que se desenvolvem
entre os átomos, identificando o principal mecanismo de adesão desejada [14].
As forças de superfície, mais comuns, que formam a interface entre adesivo e
aderente são identificadas como Forças de Van der Waals, como também as
interações ácido – base e as pontes de hidrogênio.
15
2.5.1.1.1. Força de Van der Waals
Van Der Waals (Johannes Diderik van der Waals, 1837 – 1923) em 1873¸ tentou
explicar as propriedades dos gases reais pela Equação (1)
(p +
a
)( V − b) = nRT
v2
(1)
onde :
p : pressão do gás
v : volume
n : número de moles de gás
R : constante dos gases
T : temperatura em Kelvin
a – constante introduzida a fim de permitir a atracão entre as moléculas do gás,
conhecida como constante de atracão de Van Der Waals
b - constante introduzida afim de permitir volumes finitos de moléculas do gás
Em 1930, foram encontrados três diferentes efeitos que contribuíram para a
teoria da atração de Van der Waals:
1 – interação de momentos e dipolos permanentes de Keesom;
2 – ação polarizadora de uma molécula na outra de Debye;
3 – atração entre átomos apolares, originada de um efeito de mecânica quântica,
de London.
16
2.5.1.1.2. Efeito Keesom
Keesom (Willem Hendrik Keesom, 1876-1956) investigou as forças atrativas
entre duas moléculas com momentos de dipolo permanente. Como a atração
máxima acontece quando os dipolos estão alinhados do início ao fim (δ+ a δ-)
[14], o efeito é conhecido como efeito de orientação. A energia potencial de
atração mútua (VKeesom) para as duas moléculas iguais de dipolo permanente (µ) é
dada pela Equação 2
VKeesom =
− 2µ 4
3kTr 6
(2)
onde :
µ : energia potencial para o dipolo permanente
k : constante de Boltzman (Ludwig Boltzmann 1844 -1906)
T : temperatura em Kelvin
r : distância entre duas partículas carregadas
Ou entre as diferentes moléculas de momentos de dipolo µ1 e µ2 , pela Equação
(3).
VKeesom
− 2µ12 µ 22
=
3kTr 6
(3)
17
2.5.1.1.3. Efeito Debye
Debye (Peter Josephus Wilhelmus Debye,1884 – 1966) observou que, se as
forças atrativas fossem simplesmente devidas ao efeito Keesom, a dependência
da temperatura poderia existir, levando à redução significativa de atração em
altas temperaturas, o que não ocorria na prática, de acordo com as experiências.
Debye concluiu que um efeito atrativo adicional existia e investigou a ação
polarizadora de uma molécula em outra. A expressão obtida para a energia
potencial de atração mútua de duas moléculas iguais (VDebye) é dada pela
Equação (4) :
VDebye =
− αµ 2
r6
(4)
onde :
α : polarisabilidade da molécula
µ : energia potencial para o dipolo permanente
r : distância entre duas partículas carregadas
Para duas moléculas diferentes a Equação (5) fica:
VDebye =
− α1µ 22 + α 2 µ12
r6
(5)
A dificuldade fundamental ainda existia, uma vez que todos os estudos foram
feitos com gases inertes. Do ponto de vista da mecânica ondulatória essas
moléculas eram simetricamente esféricas e numa base de tempo médio não
possuíam um momento de dipolo ou quadripolo [14].
18
2.5.1.1.4. Efeito London
Segundo London, se, ao invés de um efeito de tempo médio, considerássemos
uma foto instantânea das moléculas, várias configurações eletrônicas ocorreriam.
Assim, para curtos tempos de vida, as moléculas poderiam possuir dipolos, que
induziriam dipolos nas moléculas vizinhas. A conseqüência dessa interação é a
atração entre as moléculas. London encontrou, por tratamento mecânico quântico
do problema, a energia potencial de atração mútua (VLondon) dada pela Equação
(6) :
VLondon =
− 3hυ0 α 2
4r 6
(6)
onde :
h: constante de Planck (Max Planck (1858-1947)
υ0 : freqüência característica da molécula
α : polarisabilidade da molécula
r : distância entre duas partículas carregadas
Para duas moléculas α1 e α2 e freqüências características ν1 e ν2, a Equação (7)
fica:
VLondon =
− 3(hυ1 υ2 ) α1 α 2
2(υ1 + υ2 ) r 6
(7)
A freqüência característica ν0 é geralmente relacionada com a fórmula de
dispersão e, por essa razão, as forças de London são geralmente mencionadas,
quando se trata de forças de dispersão. O quantum de energia h.ν0 foi
considerado por London igual ao potencial de ionização de uma molécula.
19
2.5.1.1.5.
Teoria da Quimissorção
Quimissorção é o mecanismo das ligações químicas primárias que podem se
formar através das superfícies de contato. Ligações químicas são fortes e
proporcionam significativa contribuição à adesão intrínseca em alguns casos.
Como exemplo, forças químicas primárias têm energias de superfície variando
entre 60-1100 kJ/mol, consideravelmente mais altas que energias de forças
secundárias (0,08 – 5,0 kJ/mol) [14]. Agentes de acoplamento e promotores de
adesão são utilizados para auxiliar a fixação do adesivo na superfície por reação
química.
2.5.1.2.Teoria da Difusão
A Teoria da Difusão é observada no contato de polímeros interdifundindo-se,
quando a barreira inicial é removida. Essa interdifusão ocorrerá, somente se os
polímeros forem móveis (a temperatura deve estar acima da transição vítrea) e
compatíveis. Entre os polímeros, incluem-se aqueles com estruturas químicas
muito similares, como o polietileno e o polipropileno, que são incompatíveis. A
teoria geralmente é melhor aplicada em ligações, como borrachas poliméricas,
como também quando superfícies revestidas com adesivos de contato são
pressionadas juntas e no solvente de soldagem de termoplásticos. Um exemplo
de estrutura modificada por difusão é inchar as superfícies do poliestireno com
butanona e pressionar um contra o outro. O solvente tem a função de abaixar a
temperatura de transição vítrea para temperaturas menores que a temperatura
ambiente, enquanto ocorre a interdifusão; posteriormente, o solvente se
evaporará [14]. Este é o mecanismo de adesão para fabricação de kits de modelos
plásticos. Os kits são feitos de poliestireno e o adesivo é uma solução de
poliestireno com solvente orgânico. Um pequeno número de polímeros é
compatível por interações específicas. Um par é polimetacrilato de metila e o
outro policloreto de vinila que permite a interdifusão, quando adesivos de
estrutura acrílica são usados para ligar o policloreto de vinila.
20
2.5.2. FORÇAS MECÂNICAS – ANCORAMENTO MECÂNICO
O conceito de ancoramento mecânico ocorre, quando o adesivo penetra nos
poros, fendas, aberturas ou outras irregularidades da superfície que adere ao
substrato, travando-a mecanicamente. O adesivo deve molhar o substrato como
também possuir propriedades reológicas específicas para penetrar nos poros e
fendas num período de tempo razoável. Desde que uma boa adesão ocorra entre
as superfícies lisas do aderente, o ancoramento ajuda a promover a adesão,
porém, não é um mecanismo único [5].
O pré-tratamento da superfície que receberá o adesivo garante estabilidade na
rugosidade, permitindo o ancoramento do adesivo de forma constante e,
principalmente, uniforme e conhecida. Estes pré-tratamentos resultam em microrugosidades na superfície do aderente, o que melhora a força de ligação e
durabilidade da junta. A preparação da superfície permite uma cinética de
molhamento melhorada e uma maior superfície de contato do adesivo, já que este
alcançará todos os picos e vales da micro-superfície rugosa, vide Figura 2.
Figura 2 - Efeito da aspereza da superfície adesivada, [1].
21
2.5.3. FORÇAS ELETROSTÁTICAS – TEORIA ELETROSTÁTICA
Dois metais, quando em contato superficial, elétrons serão transferidos de um
para outro, formando uma dupla elétrica, permitindo a tração elétrica entre as
superfícies, conforme a Teoria da Eletrostática [5]. Como uma das características
dos polímeros é a capacidade de isolamento, afigura-se difícil aplicar esta teoria
em adesivos.
22
2.6. MOLHAMENTO E ESPALHAMENTO
Para obter boa adsorsão é necessário contato íntimo a fim de que as interações de
Van der Waals, interações ácido-base ou outros tipos de interações ocorram, por
isso, um bom molhamento é essencial. De acordo com a Equação de Young [14]
, Equação (8), as tensões superficiais nas três fases de contato são relacionadas
com o ângulo de contato θ, conforme ilustra a Figura 3.
γ SV = γ SL + γ LV cos θ
(8)
onde:
γSV: tensão superficial sólido - vapor
γSL: tensão superficial sólido - líquido
γLV: tensão superficial líquido – vapor
Figura 3 - Ângulo de contato da gota de líquido numa superfície plana, [1].
Outro importante fator é a habilidade do adesivo de espalhar-se espontaneamente
no substrato, quando a junta é formada. O molhamento espontâneo ocorre,
quando, conforme Equação (9) :
γ SV ≥ γ SL + γ LV
(9)
Para um bom molhamento, a tensão superficial do adesivo líquido deve ser
menor que a tensão superficial do substrato sólido[14], conforme Equação (10) :
γ SV ≥ γ SL
(10)
23
2.7. JUNTA ADESIVADA
2.7.1. INTRODUÇÃO
A resistência à ruptura de uma junta adesivada é determinada por diversos
fatores:
propriedade mecânica dos materiais envolvidos
extensão do contato entre as superfícies (número de faces, extensão, tipo e
distribuição dos vazios)
presença de tensões internas à junta
geometria da junta
detalhes mecânicos do carregamento
preparação das superfícies
Um padrão uniforme de tensões numa junta adesivada é raramente produzido
pela aplicação de uma força externa. As fraturas iniciam, quando tensões locais
excedem a resistência naquela região. Este raciocínio não está explicito na
expressão de resistência à ruptura onde a média determinada pela força de
ruptura pela área [17].
A tensão local pode ser maior que a média das tensões, a qual determinará a
força real a que a junta poderá resistir. Esses efeitos deverão ser minimizados ou
compensados.
Tensões internas à junta também são produzidas pela diferença de expansão
térmica dos materiais (aderentes e adesivos), durante o processo de aplicação e
de cura, como também pelo encolhimento do adesivo, quando da mudança da
forma líqüida para a sólida.
É preciso levar todos esses fatores em consideração para que, no processo de
junção dos materiais, as forças internas geradas na cura dos adesivos não
fragilizem a junta, tornando-a vulnerável.
24
Para analisar as propriedades mecânicas de junções por adesivos em geral, é
preciso levar em consideração:
•
as propriedades mecânicas dos substratos
•
as propriedades mecânicas e reológicas do adesivo
•
a geometria da junção
•
a adesão entre o adesivo e os substratos.
A resistência real de uma junção por adesivo é chamada ADESÃO PRÁTICA
(tensão necessária para romper a junção) e deve ser diferenciada da adesão
propriamente dita, pois depende das propriedades do adesivo e do substrato.
2.7.2. TIPOS DE FALHA EM UMA JUNTA ADESIVADA
Existem dois tipos de falha de uma junta unida por adesivo:
•
FALHA COESIVA – se a falha ocorre por rompimento no interior do filme
de adesivo, o que pode ser observado, quando existem resíduos de adesivo
nas faces dos substratos da junta, conforme apresentado na Figura 4 .
Figura 4 – Indicação da região referente as falhas coesivas , adesivas e
delaminação do revestimento metálico, [5].
25
•
FALHA ADESIVA – a falha ocorre por destacamento do adesivo do
substrato, o que pode ser observado, quando o adesivo permanece totalmente
em um dos substratos, não havendo vestígios aparentes no outro lado da junta
(no outro substrato), conforme apresenta a Figura 4. Esta falha pode ser real
ou aparente, pois é comum ocorrer uma falha de coesão muito próxima de
um dos substratos, de modo que o filme residual de adesivo não é observável
visualmente (olho nu), mas pode ser detectado por técnicas de análise de
superfície, conforme mostrado na Figura 4.
•
FALHA de DELAMINAÇÃO do REVESTIMENTO METÁLICO
A falha ocorre na ligação e fixação do revestimento metálico (revestimento
de zinco aplicado no metal base ainda na fase de produção da chapa metálica
na usina). Como o adesivo interagirá com o revestimento, caso este não
possua perfeita aderência ao metal base, a junta falhará porem sem a ação
direta do adesivo, conforme mostrado na Figura 4.
2.7.3. CARREGAMENTOS EXTERNOS
Os principais esforços sofridos por uma junta ocorrem de três modos: tração,
cisalhamento e compressão, conforme mostrado na Figura 5. No caso da juntas
adesivadas, os esforços de compressão não apresentam riscos, mas favorecem a
união.
Figura 5 – Carregamentos em juntas, [15].
26
Em geral, a resistência ao cisalhamento é muito maior que as resistências à
tração, à clivagem e ao despelamento nas juntas adesivadas. Assim, para obter o
máximo em resistência nas juntas adesivadas, deve-se enfatizar os esforços de
cisalhamento, quando do projeto de uma junta.
De acordo com as propriedades físicas do adesivo, a formulação envolve um
compromisso viscoelástico, relacionado a aspectos de composição química e
estrutura dos componentes do adesivo. Desse modo, alguns princípios gerais
(qualitativos) devem ser estabelecidos como guias para a formulação.
Como os adesivos são componentes de estruturas formadas de diferentes
materiais, há diferentes propriedades mecânicas envolvidas, com restrições
internas à estrutura. Um simples modo de carregamento externo normalmente
produz tensões complexas, não uniformes. Desalinhamento de esforços em
função da espessura das juntas pode produzir modos de tensão que não existem
no carregamento externo, como também um pequeno desalinhamento num
carregamento externo pode causar grandes concentrações de tensões na junta.
O tipo mais comum de junta para a elaboração de corpos-de-prova é a sobreposta
que, quando tensionada em cisalhamento, desenvolve padrão de tensão não
uniforme ao longo da sobreposição da junta, conforme Figura 6.
Figura 6 – Junta simples sobreposta, [15].
27
Concentrações de tensão, que podem ser, muitas vezes, maiores que a média da
tensão de falha da junta, desenvolvem-se nas extremidades da sobreposição da
junta, devido a dois fatores[6].
•
diferença de deformação entre o adesivo e o aderente em função do
carregamento e
•
torção do ponto de junção provocada pelo desalinhamento da linha de ação
dos esforços em função da espessura da junta.
Desalinhamento no carregamento é uma característica de junta simples
sobreposta, que gera torção dos esforços na união. Se o momento torçor é muito
grande, os aderentes giram e carregam o final da junta com tensão normal à linha
de adesão.
A concentração de esforços no final da junta simples sobreposta apresenta um
comportamento característico. A média da tensão de ruptura decresce com o
aumento do comprimento na região da junta, porém, é independente de sua
largura. Na realidade, a tensão de ruptura aumenta com o aumento do
comprimento na junta, mas alcança um valor-limite, quando a sobreposição
começa a ficar muito grande. A tensão de ruptura de uma junta simples
sobreposta não é proporcional à área falhada, nem os esforços são iguais para a
mesma área construída, mesmo respeitando as características dos materiais
envolvidos.
As tensões numa junta simples são proporcionais à área sobreposta somente com
um comprimento de junta constante e se a área é variável na largura da junta.
Assim, uma junta com 25 mm de largura por 125 mm de comprimento é mais
fraca que uma junta com 125 mm de largura por 25 mm de comprimento [6].
A média da tensão de ruptura de uma junta simples sobreposta é determinada
pela máxima tensão no final da junta. Modificações na junta permitem
distribuição mais uniforme de esforços, promovendo juntas mais resistentes.
28
2.7.4. ABORDAGENS PRÁTICAS QUANTO A RESISTÊNCIA JUNTA
Existem sugestões para melhorar a resistência da junta, que são baseadas na
observação prática durante a elaboração e teste de juntas coladas. Dentre as
sugestões pode-se citar [6]:
•
reduzir a torção da junta pela estruturação dos aderentes;
•
permitir que a junta torça mais facilmente em função da redução da espessura
dos aderentes, o que permite que o adesivo fique menos tensionado no final
da junta;
•
modificar as características do adesivo, como a capacidade de adesão ou
espessura da camada a fim de permitir maior resistência a maiores esforços.
•
diminuir a largura de sobreposição da junta;
•
associar uma fixação mecânica (rebite, solda a ponto), próxima ao final da
junta, aumentando o rendimento geral da junta (adesivo + fixação mecânica).
29
2.8. PROCESSO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE
A preparação da superfície dos aderentes (materiais a serem unidos pela
superfície pelo adesivo) é o primeiro cuidado para obtenção de uma junta
adesivada de qualidade com características controladas. O tratamento difere em
função dos materiais e do grau de complexidade exigido pela junta, desde uma
simples limpeza com solvente em poucos minutos até um pré-tratamento de
diversos estágios e tratamento químico da superfície com duração de 30min ou
mais [6].
O pré-tratamento visa remover a camada superficial original, desconhecida e não
uniforme dos componentes a serem unidos pelo adesivo e, a partir do processo de
limpeza e tratamento químico superficial (caso necessário), garantir uma
superfície controlada, conhecida, com repetibilidade e uniformidade nos
conjuntos ou junções com as características previamente definidas. No caso de
aderentes que, em função dos processos de transformação anteriores, receberam
óleos e/ou desmoldantes, é necessário que a superfície seja preparada ou o
adesivo definido possua a capacidade de assimilar e dissolver óleos / graxas na
sua composição interna, permitindo uma junta adesivada uniforme e controlada.
É importante que o processo seja conhecido e estável, definindo um padrão de
superfície, para permitir o controle. Caso a junta necessite de pré-limpeza /
tratamento, deve atender a um padrão de uniformidade.
30
2.8.1. PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE METÁLICA
A colagem dos adesivos é o tipo de método de junção que é fortemente
dependente das propriedades da superfície do material. Uma única camada com a
espessura de uma molécula de contaminante pode atrapalhar a molhabilidade
ideal do adesivo na superfície do aderente, impedindo o preenchimento da junta e
o contato íntimo entre os substratos que serão colados e o adesivo.
A profundidade das interações entre o adesivo e o substrato pode variar de
acordo com o tipo de material. Para materiais cristalinos com um acabamento
perfeito, a interação pode abranger um ou dois planos cristalinos. Já para madeira
e outros materiais porosos, a interação pode ser várias centenas de nanômetros
[7].
Na maioria dos casos envolvendo superfícies metálicas, as energias entre o
adesivo e o substrato são suficientes para promover o molhamento e a
conseqüente adesão. Contudo, em muitos polímeros, a adesão e o molhamento
adequado para dar a resistência necessária à junta não ocorrem, a menos que as
superfícies sejam polarizadas por oxidação, tratamentos por plasma, etc.
Nas superfícies rugosas a área é maior que nas superfícies lisas com as mesmas
dimensões. O aumento de superfície de contato possibilita melhor distribuição
das forças e da carga aplicada entre os dois materiais a serem unidos. A
superfície de um material pode possuir composição química diferente da
composição do seu interior, o que pode acarretar problemas de corrosão ou
adesão da superfície com o interior do material. Em alguns metais, a propriedade
de adesão da superfície modificada quimicamente pode ser muito importante
para o processo de adesão, como é o caso do alumínio, cujo óxido promove uma
melhor fixação do adesivo e possui uma adesão boa entre o metal e o óxido. Já o
óxido de ferro formado na superfície não tem adesão ao ferro metálico,
impossibilitando a utilização do óxido para fixação do adesivo [7].
31
É preciso considerar sempre o tratamento da superfície em conjunto com as
outras propriedades dos adesivos, para definir a adesão entre os materiais.
Existem alguns procedimentos para a preparação superficial anterior a junção:
•
nenhum tratamento (menor custo, porém, pior reprodutibilidade);
•
lavagem por solvente;
•
lavagem por vapor de solvente;
•
abrasão mecânica;
•
tratamento por plasma;
•
ataque químico ou decapagem;
•
deposição química e
•
anodização
por
ácido
fosfórico
(maior
custo
porém
melhor
reprodutibilidade).
Um processo de limpeza não pode ser considerado bom ou ruim, apenas ser, ou
não, selecionado adequadamente segundo as condições de adesão e custos, o que
envolve a análise da qualidade necessária da junção. Os processos estão listados
de acordo com a sua reprodutibilidade.
32
2.8.2. PROCESSOS DE LIMPEZA
A limpeza com solvente ou desengraxe por vapor é o mínimo tratamento
superficial à pré-adesivação em superfícies metálicas, mesmo para os processos
mais complexos e longos.
O nível de tratamento de pré-limpeza da superfície metálica a ser adesivada é
diretamente proporcional à criticidade, responsabilidade e ambiente a que a junta
estará exposta, em situações onde o elemento único de ligação entre os
componentes será o adesivo.
A tensão inicial na junta não é indicador suficiente de sua durabilidade, quando
exposta ao serviço. Juntas com o mínimo pré-tratamento superficial deverão
apresentar as mesmas tensões de ruptura de juntas de mesmo material dos
aderentes, porém, com pré-tratamento químico mais elaborado, apresentarão uma
durabilidade reduzida, quando expostas a ambientes adversos à junção de
materiais por adesivos (umidade/temperatura).
Pré-tratamento químico em superfícies metálicas geralmente consiste na imersão
em desengraxantes líqüidos em alta temperatura, com posterior enxágüe em água
para eliminação do desengraxante ativo da superfície e processo de
secagem.Tratamentos à base de ácidos e oxidação são mais agressivos, por isso,
devem possuir controle rigoroso para não atacar em excesso a superfície a ser
adesivada. Tratamentos à base de ácido sulfúrico ou solução de dicromato de
sódio para preparação de superfícies de alumínio ou soluções alcalinas de
hipoclorido podem ser utilizados em superfícies aderentes de cobre [6].
33
a) Nenhum tratamento.
No caso de não ser feito nenhum tratamento, a superfície continuará com toda a
irregularidade. Tal processo de limpeza não é reproduzível. Cada superfície tem
um grau de rugosidade e composição química diferentes, causando desvios
durante a adesão para várias superfícies.
Na indústria automotiva, onde o material principal são os painéis estampados de
aço, a aplicação dos adesivos estruturais na formação das carrocerias de chapas
de aço, as superfícies de contato que receberão os adesivos não são tratadas, pois
seria necessário preparação específica das etapas do processo já existente para os
demais processos de junção, exigindo altos investimentos. As chapas metálicas
são transformadas em peças pelo processo de estampagem, onde são utilizados
óleos especiais para correta deformação sem rachaduras, excessivas rugas ou
estricção. As chapas seguem sem prévia limpeza, pois oneraria em excesso o
processo.
Os painéis são enviados para a área de submontagem (“área de armação de
carroceria”) com uma película de óleo de estampagem. A responsabilidade de
absorver este óleo e ainda garantir união entre os materiais metálicos é exclusiva
dos adesivos (ou materiais selantes resistentes à solda a ponto), que são
desenvolvidos com a característica específica de absorção.
b) Lavagem por solvente
A lavagem por solvente é capaz de remover a maioria dos contaminantes
orgânicos, mas são necessários outros artifícios, para evitar que os contaminantes
sejam depositados novamente, e boa ventilação do local onde o tratamento será
realizado.
34
c) Lavagem a vapor
A lavagem a vapor é similar ao processo de lavagem por solvente, com a
vantagem principal de não permitir a deposição do contaminante sobre a área
anteriormente limpa. A limitação está no processo que está restrito a pequenas
peças (joalheria ou peças especiais de aeronáutica).
d) Abrasão mecânica
Este processo é realizado pelo jateamento de diversos materiais, a partir do mais
tradicional, onde a areia é utilizada como material abrasivo até as esferas de
vidro, aço e materiais orgânicos, como cascas de nozes. A especificação do
material a ser jateado é em função do material a ser limpo e seu grau de abrasão.
É necessário que seja realizado em câmara selada para que o contato com o ar
ambiente não inicie o processo de corrosão da superfície limpa.
e) Tratamento por plasma
Tratamento por plasma, tratamento por descarga elétrica ou CDT (Corona
Discharge Treatment), são utilizados principalmente para melhorar as
características polares das superfícies e as propriedades mecânicas e aumentar a
capacidade de unir polímeros com baixa energia de superfícies (PE - Polietileno,
PP - Polipropileno). Em uma câmara fechada a vácuo, é aplicado o plasma sobre
a superfície a ser tratada; a atmosfera em que é feito o tratamento tem influência
nas características finais do acabamento.
O CDT é feito geralmente à pressão atmosférica, de forma contínua, não
necessitando de vácuo.
35
f) Ataque químico
Este processo remove as camadas atômicas mais superficiais e deixa expostas
camadas
atômicas
mais
homogêneas,
porém,
apresenta
os
mesmos
inconvenientes dos processos de limpeza por solvente, onde há o risco de
contaminação de uma área anteriormente limpa por uma camada não homogênea
ou deposição de contaminantes. Com deposição controlada de uma camada
atômica obtém-se uma superfície bem controlada e reprodutível, sendo um dos
melhores processos de tratamento de superfície, apesar de excessivamente caro.
g) Deposição química
Com deposição de uma nova camada atômica sobre a superfície do material,
pode-se obter uma superfície bem controlada da camada final, com as
características controladas para a adesão.
2.8.3. APLICAÇÃO DE PRIMERS
A superfície dos materiais não é isenta de variações. Dependendo do histórico do
material, ela pode sofrer ou não mudanças que devem ser contornadas de alguma
forma. Neste caso, é recomendável a aplicação de primers na superfície com o
intuito de modificá-la e prepará-la para melhorar o contato e aderência com o
adesivo em si. São três as funções dos primers [6] :
•
proteger o substrato de contaminações ou alterações da
superfície durante o período entre a preparação da superfície e
a aplicação do adesivo;
•
penetrar nas micro-rugosidades e porosidades, nivelando a
superfície, e
•
dissolver pequenas quantidades de contaminações orgânicas.
36
Os primers são geralmente soluções diluídas dos adesivos que serão aplicados
em solventes orgânicos, o que faz com que sua viscosidade seja muito menor que
a dos polímeros adesivos.
Os primers possibilitam a existência do polímeros em regiões nas quais não
conseguiriam penetrar devido à alta viscosidade, aumentando a energia de
adesão. Assim, temos uma camada de menor espessura, mais maleável que
possibilita melhor interação com o aderente, garantindo uma região de melhor
contato.
Os primers ainda podem servir como veículo para os outros componentes, com
as mais diversas finalidades, como inibir a oxidação, proporcionar melhor
molhabilidade e controlar o espalhamento.
Compatibilizantes, materiais diferentes dos primers, também possibilitam ao
polímero aderir a uma superfície que não é a superfície do substrato, mas
intimamente ligada a este (preparador de superfície).
37
2.9. TIPOS DE ADESIVOS
A interdependência entre os aderentes, preparação da superfície de contato e o
próprio adesivo influem na qualidade e características da junta adesivada.
Um adesivo é normalmente uma mistura de vários materiais, dos quais
dependem as propriedades desejadas na junta final. O material básico de colagem
pode ser qualquer substância que produza adesão entre as superfícies.
Solventes são usados em muitos sistemas para obter controle de viscosidade. Em
alguns casos, moléculas de baixo peso e de alta fluidez são adicionadas à resina
para ajudar no controle da viscosidade.
Cargas, como óxidos metálicos, pós minerais e alguns tipos de fibras, são usadas
para diminuição do coeficiente de expansão térmica, intervalo de temperatura de
uso controle de reforço e viscosidade, principalmente quando se deseja uma
resina tixotrópica. O mais comum deste material é uma ultrafina rede de sílica,
como o Cal-O-Sil, (Sílica Pirogênica) [6].
Catalisadores e endurecedores ativam o sistema de resinas, especialmente
quando são termofixas. Ácidos, bases, sais, álcoois, compostos sulfonados e
perióxidos são alguns tipos de materiais catalisadores. A seleção deve ser
baseada no conhecimento do mecanismo de reação de polimerização que
acontece durante a cura ou endurecimento do adesivo. Catalisadores são muito
importantes na formação da junta final. Uma quantidade de catalisador acima ou
abaixo do recomendado pode causar um resultado de junta fraca [8] e [9].
Há vários tipos e grupos de adesivos, classificados a partir de seu uso,
composição química e modo de aplicação. Um adesivo estrutural, por exemplo,
normalmente é utilizado para aplicações de alta responsabilidade (quando o
adesivo é o responsável único pela união). A expressão “estrutural primário”
38
descreve adesivos de altíssima responsabilidade, como os utilizados na indústria
aeronáutica e naval, e “estrutural secundário”, outras aplicações, adotando-se,
arbitrariamente, um valor de resistência de 6,8 MPa (1000 psi) para diferenciar
os dois tipos [8] e [9].
Tal definição é considerada por muitos insuficiente, pois quase todas as empresas
têm especificação para ambos os casos, sempre em diferentes contextos. O
adesivo não estrutural não suporta uma carga apreciável e pode ser usado várias
vezes na mesma superfície.
Os adesivos, por suas características físicas, podem ser: termofixos,
termoplásticos e outros tipos.
2.9.1. ADESIVOS TERMOFIXOS
Resinas termofixas são substâncias sintéticas orgânicas que podem ser
convertidas por reação química em permanente cura, praticamente infusível, em
sólido insolúvel. Essas resinas são polímeros de alto peso molecular para formar
substâncias rígidas e com alta resistência mecânica. Resinas termofixas
normalmente têm um alto módulo de elasticidade, não suportam combustão e
têm boa resistência química. Quando reage, o sistema termofixo não é liqüefeito
pelo aquecimento, mas pode ser deteriorado ou decomposto sob temperaturas
acima de suas limitações [6].
Os adesivos termofixos estão disponíveis em três formatos: liqüido, em pasta e
sólido.
Em aparência líqüida possuem geralmente alta fluidez; apresentados em um
componente ou em duas partes, podem ou não conter cargas sólidas, com ou sem
corantes. Certos sistemas podem ser identificados como 100% sólidos, cujos
componentes já estão no estado sólido ou são completamente reagentes com um
componente sólido; podem conter um não-reativo, solvente volátil ou
dispersante, necessário para a existência do sistema ou para garantir as
características de aplicação. Eventualmente, um componente de um sistema de
39
duas partes (normalmente o agente de cura) é sólido, requerendo que os dois
componentes sejam misturados a altas temperaturas para que seja alcançado
ponto de amolecimento e mistura do componente sólido. A distinção entre os
formatos líqüido e pastoso (embora ambos sejam fluidos) se dá pelo fato de as
cargas aplicadas nas pastas serem diferentes, mais carregadas com cargas sólidas
ou levemente mais densas. Certas pastas são modificadas para garantir as
características tixotrópicas (gel, quando em repouso, mas tornando-se fluidas,
quando agitadas) de modo que a massa do adesivo não seja deformada, caia ou
flua pelos espaços dos componentes a serem unidos pelo adesivo, a menos que
sejam conformados por uma ação mecânica para a correta aplicação (por
exemplo, sendo distribuídos pela superfície da junção pela espátula) ou que não
escorram para fora da região de união numa posição vertical durante a aplicação
ou, mesmo, durante a cura do adesivo, nem que dificulte o posicionamento dos
componentes a serem unidos pelo adesivo em forma de pasta.
Adesivos termofixos também são apresentados na forma de filmes com ou sem
proteção mecânica (papel ou plástico que protege a camada adesiva). Filmes
podem ser cortados ou estampados em diversas formas, permitindo peças préformadas, adequando-se às áreas a serem adesivadas. O manuseio e aplicação
dos adesivos em forma de filmes (sólidos) não exigem preparação e limpeza das
áreas, como quando se aplica o mesmo adesivo no formato líqüido ou pastoso.
Tal característica é uma das maiores vantagens do formato sólido (filme) em
relação ao formato líqüido ou pastoso. O armazenamento refrigerado para alguns
tipos de adesivos em forma de filme prolonga o tempo de estocagem,
principalmente para os adesivos compostos por um único material. A
refrigeração é indispensável para os filmes adesivos que reagem e curam à
temperatura ambiente.
40
2.9.2. ADESIVOS TERMOPLÁSTICOS
As resinas termoplásticas são normalmente empregadas para união de
componentes com superfície de metal ou plástico. Não são tidas como bons
adesivos, principalmente quando submetidas a elevadas temperaturas; amolecem,
quando aquecidas e endurecem, quando resfriadas, como uma barra de manteiga.
As resinas termoplásticas mais comuns são a polivinil, acrílica, celulósica e
poliamida [6].
Os adesivos termoplásticos são encontrados nos mesmos formatos que os
termofixos, à exceção do pastoso. Na forma líqüida, pode ser uma solução e/ou
uma dispersão da base do polímero termoplástico e de outros ingredientes em um
veículo volátil; podem ser 100% sistemas sólidos, contendo um monômero
líqüido, prepolímero e catalisadores líqüidos, a que é adicionado um acelerador
que induza a polimerização para o estado sólido, polímero com alto peso
molecular. Adesivos termoplásticos também estão disponíveis na forma sólida
(principalmente no formato de filmes protegidos ou não por filme de papel ou
plástico), na forma de granulado, de cordão extrudado, flexível ou rolo
apropriado para aplicação automática.
Os filmes adesivos termoplásticos são convertidos na forma fluida por solvente
ou temperatura. A ativação por solvente somente é apropriada em aplicações
onde um ou ambos os componentes aderentes são sensíveis ao solvente, por
exemplo, por difusão. A ativação por temperatura é utilizada, quando os
aderentes não são permeáveis e são capazes de resistir às temperaturas requeridas
para a ativação. Nesses componentes, a temperatura cura as resinas termofixas.
Esta técnica de ativação também é utilizada para a junção de substratos, um ou
ambos, revestidos com um adesivo à base de solvente apropriado, curado sem o
efeito de tack (pega por contato característico de material adesivo, quando não
curado).
Adesivos termoplásticos que não contenham nenhum tipo de resina reativa à
temperatura e que são aquecidos para se tornarem fluidos e melhorar a aplicação
41
são conhecidos como ‘cola quente” (hot melt). Muito utilizados em artesanato
por sua fácil aplicação com sistema de pistola, são também apropriados para
produções em alta velocidade, devido à possibilidade de automatização do
processo, como na indústria eletrônica..
2.9.3. OUTROS TIPOS DE ADESIVOS
Alguns adesivos possuem mecanismos únicos de cura. Adesivos anaeróbicos de
um componente, que permanecem fluidos na presença de oxigênio, mas curam e
tornam-se sólidos na ausência do mesmo, possuem características de resistência
equivalente aos adesivos estruturais. Adesivos anaeróbicos de um componente
ativo curam à temperatura ambiente em várias horas. A cura pode ser acelerada
em questão de minutos em altas temperaturas com o uso de primers /
aceleradores. Os adesivos à base de ciaonacrilatos curam em curto período de
tempo (variando de 10 a 15 segundos), se condicionados a finíssimas espessuras
de filme adesivo entre partes devidamente ajustadas e fixadas. O mecanismo de
cura é uma polimerização aniônica induzida pela presença de base [6].
A fina camada do filme de umidade usualmente presente nas superfícies expostas
em atmosfera normal já é suficiente para o endurecimento dos materiais, se estes
forem aplicados em finíssima camada entre os componentes. Também estão
disponíveis adesivos que possuem o sistema de cura, quando expostos à luz
ultravioleta, a um feixe de elétrons e à umidade.
42
2.10. CLASSES DE ADESIVOS
Os adesivos são divididos em cinco grupos clássicos [6].
•
ESTRUTURAIS
•
COLA QUENTE (HOT MELT)
•
SENSÍVEIS À PRESSÃO
•
À BASE D’ÁGUA
•
CURA POR ULTRAVIOLETA (UV) E FEIXE DE ELÉTRONS (FE)
As Tabelas 3 e 4 a seguir apresentam as principais características dos adesivos,
suas vantagens e limitações. Neste trabalho, foram empregados somente os
adesivos estruturais com base epóxi.
43
Tabela 3 – Características dos vários tipos de adesivos, [6].
Tipos de
Adesivos
Características
Juntas podem ser submetidas a grandes taxas da carga máxima de falha de
carregamento no ambiente de serviço.
¾ A maioria dos materiais são termofixos.
Estrutural ¾ Sistemas compostos de um ou dois componentes.
¾ Cura do adesivo em temperatura alta ou ambiente.
¾ Larga escala de custo.
¾ Diversas famílias químicas com variação quanto à resistência e flexibilidade.
¾ 100% termoplástico sólido.
¾ Molda-se em líquido de baixa viscosidade quando aplicado em superfícies.
¾ Ajuste rápido, sem cura.
Cola
¾ Viscosidade ao moldar-se é importante propriedade.
Quente
¾ Diferentes formulações permitem sensibilidade ou não à pressão.
(Hot
¾ Compostos com diferentes aditivos para garantir a adesividade de contato
Melt)
(tack) e a capacidade de molhamento.
¾ Mantém substratos unidos, quando aplicada leve pressão à temperatura
ambiente.
¾ Disponível com base de solvente orgânico, base d’água ou sistema de cola
Adesivo quente a bastão (hot melt).
Sensível a ¾ Algumas formulações requerem composição consistente (base de borracha) a
fim de alcançar “pega adesiva”, visto que outros (poliacrílicos) não
Pressão
necessitam.
(ASP)
¾ Disponíveis em filmes ou fitas, com (forma mais comum) ou sem suporte, na
forma de substrato direto.
¾ Principalmente utilizados com fitas ou etiquetas.
¾ Inclusos os adesivos dissolvidos ou dispersos (látex) em água.
¾ Em substratos porosos, a água é absorvida ou evaporada a fim de permitir a
colagem.
¾ Em substratos não porosos a água deve ser removida previamente a fim de
Base
permitir a colagem.
D’água ¾ Alguns substratos são colados em função da reativação da secagem do filme
adesivo sob temperatura ou pressão.
¾ Muitos são baseados em adesivos naturais (animal ou vegetal).
¾ Não são sensíveis a pressão (maioria), porém, auxiliam a aplicação.
¾ 100% líquidos reativos à cura, transformando-se em sólidos.
Ultra
Violeta ¾ Um dos substratos deve ser transparente aos raios ultravioletas (UV), exceto
quando adesivos de duas fases são utilizados.
(UV)
¾ Em algumas formulações de adesivos curáveis a UV, o mecanismo da segunda
cura ocorre, quando introduzido calor ou umidade ou quando eliminado o
Feixe de oxigênio (cura anaeróbica).
Elétrons ¾ Nos adesivos curados a feixes de elétrons (FE), a densidade do material afeta a
(FE)
penetração dos raios e o resultado final.
¾
44
Tabela 4 – Vantagens e limitações dos diferentes tipos de adesivos, [6].
Tipos de
Adesivos
Vantagens
Grande força de união.
Grande capacidade de resistir aos
carregamentos.
¾ Boa
resistência
a
altas
Estrutural
temperaturas.
¾ Boa resistência aos solventes.
¾ Boa resistência à fluência.
¾ Disponíveis na forma de filmes.
¾ 100 % sólidos, sem solventes.
¾ Eficaz p/ superfícies imperfeitas.
Cola
¾ Rápida adesivação.
Quente
¾ Alta
capacidade de preencher
(Hot
espaços
Melt)
¾ Rígida para junções flexíveis.
¾ Propriedade de proteção.
¾ Etiquetas
e filmes possuem
espessura uniforme.
Adesivo ¾ “Pega”
permanente
em
Sensível a temperatura ambiente.
Pressão ¾ Não requerida ativação.
(ASP) ¾ Disponível em filmes, etiquetas
rígidas ou flexíveis.
¾ Fácil de aplicar.
¾ Baixo custo, não inflamável.
¾ Grande prazo de estocagem.
¾ Fácil de aplicar.
Base
¾ Boa resistência a solventes.
D’água ¾ Alto peso molecular de dispersão
quando com altos sólidos de
baixa dispersão.
¾
¾
Ultra
Violeta
(UV)
Feixe de
Elétrons
(FE)
Limitações
Sistema de dois componentes requer
cuidados
na
proporção
e
na
homogeneização da mistura.
¾ Alguns
com baixa resistência ao
arrancamento.
¾ Alguns difíceis de remover para reparar.
¾ Alguns necessitam de calor na cura.
¾
Termoplásticos
possuem
limitada
resistência a altas temperaturas.
¾ Baixa resistência a fluência.
¾ Pequena penetração devido ao rápido
acréscimo
de
viscosidade
no
resfriamento.
¾ Resistência limitada pela viscosidade.
¾ Vários
são baseados em borracha
necessitando de formulação.
¾ Baixa capacidade de preencher espaços
vazios.
¾ Limitada resistência em alta temperatura.
¾
Baixa resistência à água, umidade.
Secagem lenta.
¾ Tendência ao congelamento.
¾ Baixa resistência sob carregamento.
¾ Baixa resistência à fluência.
¾ Resistência à temperatura limitada.
¾ Retração em certos substratos, quando
aplicado em filmes ou etiquetas.
¾ Cura rápida (entre 2 e 60 seg.).
¾ Alto custo dos equipamentos.
¾ Somente um componente líqüido, ¾ Alto custo da matéria-prima.
sem cura ou solventes.
¾ UV
cura somente por materiais
transparentes (ou cura secundária e
¾ Cura a frio, substratos sensíveis à
necessária).
temperatura podem ser colados.
¾ Junções
por
UV/EF
são ¾ Cura dificultada em juntas complexas.
opticamente limpas.
¾ Diversas curas em UV possuem baixa
estabilidade climática, pois continuam
¾ Alta produtividade
absorvendo raios UV.
¾ Boa resistência ao cisalhamento.
¾
¾
45
2.10.1. ADESIVO ESTRUTURAL
O adesivo estrutural é utilizado para a transferência de carregamento entre
superfícies aderentes em ambientes de serviço onde o conjunto é exposto a
exigências ou em estruturas de engenharia onde se requer alta confiabilidade
devido à responsabilidade da solicitação à qual a junta está exposta. Este tipo de
adesivo pode ser submetido a tensões de cisalhamento muito próximas à de
tensão de ruptura por longos períodos sem a efetiva falha da junta adesivada.
A maioria dos adesivos estruturais são polímeros termofixos, sendo utilizados
somente alguns termoplásticos. Os adesivos estruturais termofixos possuem boa
resistência ao calor, o que permite aplicações em altas temperaturas e boa
resistência à fluência e a solventes. São fáceis de obter na forma de filmes, os
conhecidos filmes estruturais, altamente empregados na indústria aeronáutica
devido à facilidade de modelação para a formação de peças internas à cabine e
fuselagem das aeronaves [7].
Geralmente, são sistemas de um ou dois componentes, possuem ampla faixa de
temperatura de cura, desde a temperatura ambiente até a temperaturas elevadas
(180°C a 210°C).
2.10.2. PRINCIPAIS FAMÍLIAS QUÍMICAS
As principais famílias químicas utilizadas em adesivos estruturais são:
•
EPÓXIS (objeto de nosso estudo)
•
POLIURETANOS
•
ACRÍLICOS MODIFICADOS
•
CIANOACRILATOS
•
ANAERÓBICOS
46
As Tabelas 5 e 6 a seguir apresentam as principais famílias químicas, suas
vantagens e limitações.
Tabela 5 – Vantagens e limitações dos adesivos estruturais mais empregados, [6].
Tipos de
Adesivos
Estruturais
Epóxi
Vantagens
Grande força de união.
Boa resistência aos solventes.
¾ Alta
capacidade de preencher
espaços.
¾ Boa
resistência
nas
altas
temperaturas.
¾ Diversificação em formulações.
¾ Relativo baixo custo.
Reação exotérmica.
Sistema de dois componentes, requer
cuidados
na
proporção
e
na
homogeneização da mistura.
¾ Formulação
com um componente
requer armazenamento refrigerado e
elevada temperatura de cura (ativador).
¾ Pequeno
tempo de utilização para
processamento. (perda material).
¾ Material sensível à umidade, curado ou
não curado.
¾ Limitada
resistência
em
alta
temperatura com ou sem umidade.
¾ Pequeno
tempo de utilização para
processamento. (perda material).
¾ Requer
equipamento especial para
homogeneização e liberação do
adesivo.
¾ Baixa resistência em alta temperatura.
¾ Cura mais lenta quando comparado aos
anaeróbicos ou cianoacrilatos.
¾ Tóxico e inflamável, exala forte odor.
¾ Requer
equipamento especial para
liberação do adesivo.
¾
¾
¾
¾
Variação no tempo de cura
Grande resistência.
¾ Excelente flexibilidade mesmo a
baixas temperaturas.
¾ Um ou dois componentes, cura
em diversas temperaturas.
¾ Custo razoável.
¾
¾
Poliuretano
Limitações
Boa flexibilidade.
Boa resistência ao cisalhamento e
arrancamento.
Acrílico
¾ Não requer homogeneização.
modificado ¾ Age em superfície contaminada
(óleo).
¾ Cura à temperatura ambiente.
¾ Custo moderado.
¾ Cura
rápida à temperatura
ambiente.
¾ Um componente.
¾ Alta força de tração.
Cianoacrilato
¾ Grande período de validade.
¾ Boa aderência ao metal.
¾ Aplicação
diretamente
da
embalagem.
¾ Cura
rápida à temperatura
ambiente.
¾ Boa resistência aos solventes.
Anaeróbico ¾ Não requer homogeneização.
¾ Período de validade indefinido.
¾ Alta
resistência para alguns
substratos.
¾ Não tóxico, custo moderado.
¾
¾
Alto custo
Baixa durabilidade em algumas
superfícies.
¾ Resistência a solventes limitada.
¾ Baixa resistência em alta temperatura.
¾ Perigo na aplicação, cola na pele.
¾
¾
Não recomendado para superfícies
permeáveis.
¾ Não cura ao ar como um filete úmido
¾ Limitado espaçamento entre as peças
(não atua em grandes espaçamentos).
¾
47
Tabela 6 – Propriedades dos 5 principais grupos dos adesivos estruturais, [6].
Propriedades
dos Adesivos
Estruturais
Substrato
colado
Epóxi
maioria
121
Faixa
a
temperatura de
-55
serviço (°C)
Resistência
baixa
ao Impacto
Tensão de
Cisalhamento
15,4
(MPa)
Tensão de
Arrancamento
< 525
(N/m)
Cura aquecida
ou
sim
homogeneizaçã
o requerida
Resistência a
excelente
solvente
Resistência à
excelente
umidade
Limitação ao
espaçamento
entre as partes a nenhum
serem unidas
(mm)
Odor exalado
suave
Toxicidade
moderada
Flamabilidade
baixa
Poliuretano
Acrílico
Cianoacrilato Anaeróbico
modificado
metal,
vidro ou
termofixo
149
a
- 55
79
a
-157
121
a
-73
metal ou
plástico não
poroso
79
a
- 55
excelente
boa
baixa
regular
15,4
25,9
18,9
17,5
14.000
5.250
< 525
1.750
sim
não
não
não
boa
boa
boa
excelente
regular
boa
baixa
boa
nenhum
0,762
0,254
0,635
suave
moderada
baixa
forte
moderada
alta
moderado
baixa
baixa
suave
baixa
baixa
mais liso, mais liso,
não poroso não poroso
48
2.10.2.1.
Adesivo estrutural à base de Epóxi
Os adesivos à base de epóxi são largamente empregados como adesivos
estruturais, incluindo um sistema de dois componentes à temperatura ambiente,
sistema de dois componentes à elevada temperatura. Os sistemas de um
componente usualmente requerem aquecimento para o processo de cura.
Adesivos termofixos à base de epóxi estão disponíveis em diversas formulações,
podendo ser utilizados para junção de diversos substratos. Estes adesivos
possuem boa resistência, não dispersam materiais voláteis durante a cura e
apresentam pequena contração. Entretanto, possuem pequena resistência ao
despelamento e arrancamento e baixa flexibilidade, já que, por característica, os
materiais epóxis são quebradiços [6].
Um típico sistema de dois componentes consiste na resina e no material
endurecedor, os quais são empacotados separadamente. No sistema de um
componente, a resina e o endurecedor são empacotados juntos. Outros possíveis
aditivos são os aceleradores, os diluentes de reação, os plastificantes, as resinas
modificadoras e as cargas de enchimento. A resina epóxi mais comum é baseada
no Éter Diglicidio de Bisfenol A (DGEBA). [17].
Típicos endurecedores (agentes de cura) incluem:
•
Poliaminas Alifáticas - permitem a cura à temperatura ambiente ou
levemente elevada no sistema de bi-componente.
•
Poliamidas Fatty - aumentam a flexibilidade e são largamente empregadas.
•
Poliaminas Aromáticas - substâncias sólidas, com a temepratura fundem
liberando a amina aromática que reage com a resina epóxi.
•
Anidridos - requerem altas temperaturas de cura com rendimento adesivo de
excelente estabilidade térmica, estimula a hidrolização.
Uma reação exotérmica ocorre no processo de cura do adesivo à base de epóxi,
que pode ser minimizada, abaixando a temperatura da mistura dos componentes
49
no sistema de dois componentes pelo tamanho dos lotes a serem produzidos e por
recipientes rasos a fim de garantir o mínimo de agitação durante o transporte.
Materiais à base de epóxi, após curados, são quebradiços, especialmente se
curados com anidridos [10] e [11]. Termoplásticos e modificadores à base de
borracha são freqüentemente adicionados a fim de reduzir essa característica
quebradiça.
Nylon-Epóxi está entre os melhores materiais em filmes e fitas adesivas.
Disponível desde 1960, possui temperatura máxima de serviço aproximada de
138°C, comparado a 177°C para os epóxis não modificados. Sua principal
vantagem está no ganho em flexibilidade e resistência ao arrancamento,
comparado aos epóxis não modificados. Possui excelente resistência à tensão de
cisalhamento, à fadiga e aos testes de impacto. Suas limitações são a baixa
resistência ao teste de despelamento (peeling), a baixa temperatura e o baixo
resultado ao teste de resistência ao escorregamento. Talvez a mais séria limitação
seja a baixa resistência à umidade em ambos os casos, curado e não curado. Após
exposição em ambiente com 95% de umidade relativa durante dois meses, o
material teve sua resistência diminuída em 80 %, finalizando o teste com 6,8
MPa [12]. Não é tão durável como os materiais à base de elastômeros-epóxis ou
termoplásticos-epóxis. A típica aplicação de adesivos à base de nylon-epóxis
ocorre em laminados.
Elastômeros-epóxis geralmente contêm borracha nitrílica como o componente
elastômero, sistema também referenciado como modificado ou epóxi reforçado,
largamente utilizado no formato de filmes ou fitas adesivadas (tapes).
Adesivos à base de elastômeros-epóxis curam à baixa temperatura e baixa
pressão de contato em pequeno espaço de tempo, adicionando-se catalisadores na
formulação do adesivo. A força de adesão dos elastômeros–epóxis é menor que a
de nylon-epóxis. Entretanto, a grande vantagem dos elastômeros-epóxis está em
que, à baixa temperatura (sub-zero), a tensão de arrancamento não decresce tão
50
rapidamente como para os adesivos com base em nylon-epóxis. Já a durabilidade
dos elastômeros-epóxis no que se refere à resistência à umidade é melhor que
aqueles com base em nylon-epóxi, mas não tão boa como os vinil-fenólicos ou
nitrilo-fenólicos. As limitações para o uso dos adesivos à base de elastômeroepóxi incluem a baixa resistência à imersão em água ou quando expostos à
umidade, como em ambientes marinhos [10] e [11].
51
2.10.2.2.
Composição química do adesivo epóxi
As resinas epóxis são do grupo dos materiais termofixos que possuem os epóxis
ou Oxiranos e são convertidos em estruturas de três dimensões devido à
variedade de reações. As resinas epóxis são formadas a partir do Bisfenol A e da
Epicloridrina, que constituem as resinas intermediárias predominantes. Na
síntese dos epóxis, as resinas líqüidas são derivadas do uso excessivo da
Epicloridrina, Bisfenol A e hidróxido de sódio, conforme fórmula, possuindo a
viscosidade de 11 a 15 Pa.s a 25°C [17] e [18].
A reação básica se dá entre a Resina Epóxi, Figura 7 e a Amina Aromática ,
Figura 8 para os Adesivos Epóxi monocomponetne com a presença da
temperatura, formando Epóxi curado mostrado na formulação básica na Figura 9.
Figura 7 – Composição Química básica da Resina Epóxi, [17].
Figura 8 – Amina aromática 4,4´- Diaminodifenil Metana (MDA), [17].
52
Figura 9 – Epóxi curado após reação com Amina Aromática, [17].
Resinas epóxis requerem o processo de cura a fim de obter o máximo das suas
propriedades. O processo de reação de cura pode ser executado pelos grupos
terminais de epóxi, grupos paralelos de hidróxidos ou ambos. O processo de cura
da aminas primárias ou secundárias é acelerado pelos componentes dos
hidróxidos como os fenóis, álcoois e água (ligações doadoras de hidrogênio).
Neste estudo, será utilizado adesivo estrutural base epóxi, formulado conforme
necessidades da GMB (9309579 identificação GMB). Adesivo utilizado na
operação de flangeamento (hemming), conformação mecânica das flanges do
painel externo da porta sobre o painel interno, tendo o adesivo entre estes painéis
garantindo a rigidez e calafetação.
Os adesivos à base de epóxi possuem vários formatos: baixa viscosidade;
líquidos sem cargas ou com alta viscosidade e pastas com cargas. Podem ser
apresentados em sistemas de um ou dois componentes. A vantagem do sistema
em dois componentes é o maior prazo de estocagem (shelf life), embora, após a
homogeneização das duas partes, sua vida útil (pot life) seja limitada, devendo
ser consumido em até 90 min. (formulações especiais). Adesivos epóxis também
podem ser formulados no sistema de um componente na forma de pó, não tão
usual quanto no formato de pasta ou líqüido. Na forma de filmes ou fitas, podem
ser empregados diretamente ou com suporte à base de filme termoplástico, fibra
de vidro, fibra de carbono ou liner a ser removido após a aplicação. A química
53
dos filmes epóxis é muito similar à dos sistemas de um componente no formato
de pasta.
A fim de obter ganho estrutural sem aumentar a densidade do adesivo,
foram desenvolvidas associações de materiais que atendem a essas necessidades.
A expressão ESPUMA SINTÁTICA indica a associação de micro-esferas de
vidro no adesivo epóxi no formato de espumas, fornecendo a carga estrutural
desejada. Este adesivo (no sistema de um ou dois componentes) possui bom
resultado nos testes de cisalhamento e nos esforços de compressão. Os adesivos
sintáticos são largamente empregados na indústria naval (pela baixa densidade) e
na indústria aeroespacial (pelo menor peso com garantia estrutural) [8] e [9].
Adesivos epóxis são versáteis e podem ser utilizados para unir
praticamente todos os substratos, tendo grande participação no mercado de
adesivos estruturais. Não representam alto custo ao consumidor final, garantindo
participação crescente no mercado, por permitirem a fixação adequada sem os
inconvenientes de fixação mecânica, ferramentas, treinamento para utilizá-las,
sujeira na aplicação e, muitas vezes, alteração de posição. Em comparação a
fixação mecânica por parafusos, caso seja necessário alterar posição de fixação a
marca da fixação anterior (furação) deve ser retrabalhada (tapada). Já com o
adesivo epóxi pode ser limpo e adesivado em outro local.
Os adesivos epóxis são usados na indústria moveleira, em equipamentos
de recreação e diversos ramos de atividades. Ultimamente tem se intensificado o
uso dos adesivos estruturais à base de epóxi na construção civil e de rodovias, na
fixação de componentes de responsabilidade em locais de difícil acesso para os
tradicionais meios de fixação mecânica. Na indústria automotiva, o adesivo
epóxi nas suas diferentes formas de apresentação e composição é extensamente
utilizado, desde a união de componentes mecânicos na formação do conjunto
motriz (powertrain), passando pela construção dos componentes em separado
(peças separadas), até a formação da carroceria, união de componentes
estampados (metal-metal), como os componentes de portas laterais, capô do
motor, etc. Com o advento da tecnologia do quadro estrutural (space frame), com
a união dos componentes por adesivo (SMC – sheet molding compound), faz-se
54
necessária a união de componentes metálicos aos componentes compostos (fibra
de carbono, fibra de vidro).A exigência de novos adesivos estruturais com alta
resistência e baixo peso final é constante no mercado automobilístico atual,
tecnologias que nasceram nas pistas de corrida (Fórmula 1) e agora estão
migrando para uso na indústria de produção e, em alguns casos, para os modelos
de alta produção (por exemplo adesivos estruturais na formação de carrocerias
metálicas). Na indústria aeroespacial e de defesa o uso do adesivo epóxi já é
comum, confirmando a característica de união de componentes da fuselagem da
aeronave ou míssil, sem afetar a sua aerodinâmica, associado ao seu baixo peso e
poder de retrabalho facilitado. Troca-se o componente avariado, permitindo que
a junção entre o painel anterior e o reparo tenha as mesmas características
originais. Por sua resistência e facilidade de manuseio e conformação, os
adesivos estruturais na forma de filmes são aplicados pelo processo de vácuoformagem, na construção dos componentes compósitos de acabamento interno
das aeronaves civis e militares (forração do teto, moldura interna das janelas,
tampas e os próprios compartimentos de bagagens internas). Os filmes são
previamente cortados (mesas de corte automático – plotter corte) e aplicados
sobre os moldes metálicos normalmente de alumínio; após a fase de sobreposição
das camadas conforme projeto, é aplicado filme plástico resistente à temperatura
(120° a 180° C) e fixado nas suas extremidades ao molde por adesivo à base de
silicone. O vácuo que comprime as camadas do adesivo epóxi na forma de filme
contra o molde garante o contorno e silhueta da peça, segue para autoclave à alta
temperatura para que ocorra o processo de cura da manta adesiva epóxi. Após o
processo de resfriamento, a peça está pronta, bastando a etapa de acabamento
(desbaste e lixamento), constituindo peça de acabamento final aparente com
estabilidade dimensional e processo a baixo custo, por não exigir confecção de
moldes para injetados devido ao baixo volume.
Os adesivos epóxis podem ser formulados para atender diferentes
propriedades físicas, como um adesivo de uso comum, cura rápida, ou um
adesivo de alto desempenho para aplicações de responsabilidade. Embora os
adesivos epóxis sejam tipicamente quebradiços, eles podem ser modificados,
55
aumentando a elongação nas composições de alto desempenho, também o tempo
de gelificação como de cura total do adesivo podem ser manipulados para uma
cura mais rápida ou mais longo, garantindo propriedades diferentes, importante
entender que há um balanço entre as características principais, que deverá ser
enfatizada no desempenho final do adesivo.
Tabela 7 – Propriedades Físicas dos adesivos epóxi mono componente,
[6].
Propriedade
Aparência
Viscosidade
Peso
Específico
Elongação até a
ruptura, %
Escorrimento
Período de cura
Tempo de
estocagem
Forma
Forma
Termofixo cola
Pasta
quente
Filme preto em Semi rígido na cor
Pasta vermelha (marron)
rolo
verde quando sólido
Extrusão entre 60°C
Muito alta
300 Pa . s
a 80°C
Forma
Fita de filme
1,14 g/cm³
1,35 g/cm³
1,44 g/cm³
....
1-2
7
0
(2 mm camada
/ 200°C)
24h / 25°C ou
30min / 100°C
0
(6 mm granulo /
171°C)
<3
(6 mm granulo / 171°C)
4h / 25°C
5 dias / 25°C ou
2 h / 88°C
3 meses / 25°C
3 meses / 25°C
3 meses / 25°C
Na Tabela 8, são comparados 03 formatos de adesivos estruturais; filme
na forma de fita; termofixo cola a quente (hot melt) e adesivo epóxi na forma de
pasta mono composto. Em função do aditivo endurecedor já estar incorporado na
resina epóxi, o tempo de estocagem das 03 formas é menor que nos adesivos
apresentados na forma de bi-componente. O período de estocagem (shelf life) de
um adesivo mono composto possui a média de 03 a 06 meses à temperatura de
25° C enquanto os compostos de um adesivo bi componente, quando protegidos
do calor e umidade podem ser estocados de 06 meses a 1 ano na mesma
temperatura padrão de 25°C, em embalagens separadas. Quanto aos adesivos
epóxi sintáticos (com carga de esferas de vidro), podem ser apresentados tanto
como mono ou bi componente, possuem as mesmas características que o adesivo
56
sem a carga especial porem em função exatamente desta carga (esferas de vidro)
possuem maior resistência ao escorrimento quando aplicado em superfícies à 90°
ou sob cabeça [16].
As propriedades mecânicas são abrangentes como as possibilidades de
formulações possíveis partindo de uma base epóxi, a Tabela 8 apresenta as
características mecânicas dos mesmos adesivos estudados previamente, mostra
os adesivos mono compostos nas três formas apresentadas (filme em fita,
termofixo a quente (hot melt) e na forma de pasta), evidencia a boa resistência ao
cisalhamento no teste da junta sobreposta como é evidenciado a boa resistência
de exposição ao ambiente. Os adesivos sintáticos de forma geral acompanham os
resultados dos adesivos epóxis sem a carga de esfera de vidro.
Tabela 8 - Propriedades Mecânicas dos adesivos epóxi mono componente, [6].
Propriedade
Força de cisalhamento
na sobreposição
BFF (*)
à 30°C
à 30°C
à 30°C
Resistência a ambiente
de banho salino (500 h)
Forma
Fita de filme
Forma
Termofixo cola quente
Forma
Pasta
21,0 MPa
16,0 MPa
15,0 MPa
23,0 MPa
20,0 MPa
17,0 MPa
23,0 MPa
22,0 MPa
19,0 MPa
15,0 MPa
17,0 MPa
18,0 MPa
(*) BFF – bobina de aço fina laminado a frio, oleada, testado conforme
especificação do teste de cisalhamento com sobreposição de acordo a ASTM D
1002
2.10.2.2.1. Aditivos e Modificadores
A resina epóxi, as aminas endurecedoras, os aditivos e modificadores,
conhecidos como cargas, constituem a maior porcentagem utilizada na
formulação dos adesivos. O uso de cargas inorgânicas (carbonato de cálcio, sílica
e outros) permite a redução do custo dos adesivos e que a matriz do adesivo
57
epóxi se torne menos quebradiço, podendo contribuir nas outras propriedades
físicas (acréscimo de viscosidade e estabilidade térmica). O uso das cargas
metálicas (ferro, prata, cobre e alumínio) melhoram as propriedades, como a
condutividade térmica, elétrica e o sistema de resistências mecânicas. Cargas
termoplásticas também têm sido incorporadas nas formulações epóxicas, a fim de
manter a resistência característica dos adesivos epóxi, porém, eliminando a
característica da fragilidade (quebradiço) [8]. O inconveniente é comercial, já
que as cargas termoplásticas oneram o custo final do adesivo epóxi composto,
mas deve ser desenvolvido a fim de permitir no futuro análise do aspecto custo –
beneficio, uma vez que o problema técnico estará sanado.
Em adição aos inertes termoplásticos utilizados a fim de manter a resistência da
composição epóxi, as cargas poliuretânicas. Corantes, pigmentos como o
carbono (preto) ou o dióxido de titânio (branco) são utilizados para colorir as
resinas e os endurecedores a fim de facilitar e garantir um correto processo de
homogeneização e o controle visual de um material uniforme cinza, sem
manchas ou faixas de cores diferentes que acusariam uma mistura não
homogênea.
Cargas de silanos funcionais promovem melhora geral na distribuição de
cargas entre o substrato e o adesivo, garantindo melhor adesão ao substrato.
Silanos podem ser adicionados à formulação do adesivo por volume ou
correlacionados às quantidades de carga inorgânica, principalmente as sílicas,
garantindo a reação e estabilização da fórmula. Resinas com alta viscosidade
podem ser cortadas pela adição de reativos diluentes, monômeros epóxicos.
Diluentes podem também servir como flexibilizantes, embora seu desempenho
seja inferior à dos agentes resistentes anteriormente mencionados [17].
58
2.10.3. PROCESSO DE APLICAÇÃO E CURA DO ADESIVO
Os procedimentos e equipamentos utilizados na aplicação, montagem e cura das
juntas adesivadas dependem de:
1 tipo do adesivo a ser utilizado;
2 tipo, tamanho e configuração da montagem e
3 exigências de serviço, uso normal do conjunto finalizado.
A indústria de transportes provavelmente é o setor de maior consumo de
adesivos na sua forma estrutural, em especial, a indústria aeronáutica, com o uso
de mantas e filmes adesivos estruturais e selantes. Na indústria automobilística, o
uso do adesivo estrutural se dá em diversas áreas e etapas da construção do
automóvel, porém, deve se adequar a altos volumes de produção com pequeno
valor agregado. Seu processo produtivo é automático com dispositivos
específicos e com o menor tempo de cura possível para que não seja limitador ou
gargalo da produção. O retrabalho deverá ser realizado por uma rede capacitada,
não limitante, que exija equipamentos específicos ou processo que, devido ao
custo e técnica aplicada, seja inviável fora da indústria. A escolha do adesivo,
seu processo de aplicação, cura e retrabalho devem atender a todas essas
exigências [6].
2.10.3.1.
Efeitos do tempo
Adesivos, qualquer que seja sua constituição, possuem uma limitada vida útil,
por isso é preciso dar muita atenção ao processo de compra (lotes, quantidades),
transporte, recebimento, armazenamento, consumo e descarte do material que
não atende às especificações do processo. As informações a respeito de vida útil,
tempo e condições de armazenagem devem ser fornecidas por escrito no corpo
das embalagens pelo fabricante e tornar-se procedimento da companhia para
garantir a correta utilização. Adesivos à base de solventes inflamáveis deverão
59
ser manuseados e estocados de forma especial, na condição de materiais
perigosos.
Os efeitos do tempo nos adesivos podem ser descritos como aumento de
viscosidade, perda da grudência para os filmes, tornar-se quebradiços,
gelificação dos adesivos à base de epóxi, dificultando ou até inibindo aplicação
dos pontos de solda, no caso de adesivos que permitam a passagem de corrente
elétrica. Por essa razão deverão ser estocados de forma adequada quanto à
temperatura ambiente, unidade e exposição ao sol ou a fontes de calor, mesmo
que em área coberta. Testes apontam que em adesivos epóxi armazenados em
diferentes formas (temperatura e prazo) e comparados ao material corretamente
armazenado, a perda pode ser superior a 50% da tensão de cisalhamento entre os
materiais de mesma formulação.
2.10.3.2.
Processos de estocagem
O armazenamento de material adesivo pode ser classificado em três categorias
em função da temperatura de estocagem [13] :
1 Temperatura ambiente (15° a 27° C)
2 Refrigerado (2° a 5° C)
3 Congelado (até ou menos que – 18°C)
Devido ao alto consumo e volume de produção, os adesivos para a indústria
automobilística deverão ser formulados e desenvolvidos a fim de atender a
categoria 1 Temperatura ambiente.
Controle de Inventário –
O controle de estoque deve ser rígido, seguindo a regra máxima, conhecida no
meio como FIFO (first in, first out): o primeiro material a entrar no estoque será
obrigatoriamente o primeiro material a sair, garantindo o consumo dos materiais
na seqüência dos lotes de entrega e conforme os relatórios de qualidade
entregues pelos fornecedores. Não é mais prática corrente o controle do material
60
entregue pela montadora, somente na evidência de falha de lote são solicitados
testes que serão preparados no fornecedor, mas mesmo assim este controle e
eventual troca de todo o lote e até do fornecedor, com as penalidades do
contratos onde o custo da perda de produção ou pior, do tempo de linha ou
fábrica parada fica a cargo do fornecedor faltante. A solicitação de novos lotes
deve ocorrer em função de programação antecipada da produção em 4 semanas
(produção puxada). O fornecedor recebe programação de previsão (intenção de
compra para estoque) e programação firme (o que será comprado pela
montadora)
O manuseio deverá seguir as normas de segurança. Somente pessoal treinado e
com equipamento correto (empilhadeira com garra, pega especificada) poderá
movimentar o contêiner ou tambor a fim de evitar riscos, como danificar, rasgar
embalagem, perdendo todo o material ou colocando em risco a segurança de
outros operadores.
2.10.3.3.
Materiais Perigosos
Materiais perigosos deverão ser estocados em local especialmente seguro e,
conforme legislação, fora da área de produção, com enclausuramento físico
(muro de tijolo, porém, com passagem para dreno d’água e acesso dos bombeiros
da brigada de incêndio) e com proteção contra raios (sistema exclusivo de páraraios) e sistema próprio de bicos aspersores de água sob pressão (springler) e
caixa d’água específica. Na planta da GMB (General Motors do Brasil) em São
José dos Campos, o armazém de produtos inflamáveis fica em local separado
com sistema de pára- raios especifico e com interessante sistema contra
explosões e incêndios; o piso possui canaletas e desníveis; qualquer material que
venha a cair no piso e incendiar será guiado por gravidade até câmara com água
que extinguirá o fogo, controlando as chamas.
61
2.10.4. APLICAÇÃO DO ADESIVO
Bombas Pneumáticas – bombas com acionamento pneumático, movimentam o
material adesivo mono componente até a pistola tanto no processo manual como
no processo automático com o auxilio de robôs, segue Figura 10 de bomba
pneumática de uso comum na indústria.
Figura 10 - Bomba pneumática para adesivo mono-componente, [33].
A aplicação do adesivo estrutural à base de epóxi mono-componente (objeto de
nosso estudo), ocorre normalmente de duas formas:
•
Manual
•
Automático, por meio de robôs
62
2.10.4.1.
Aplicação Manual
Em pequenas quantidades, com pincel, espátula ou pistola pneumática Figura
11, somente em regiões especificas (flanges ou reforços adicionados),
posicionados por dispositivo com pressão positiva, garantindo a espessura do
filme adesivo entre as partes estruturais vide Figura 12.
Figura 11 – Pistola aplicação manual adesivo mono-componente, [34]
Figura 12 – Aplicação manual do adesivo epóxi no reforço aplicado, [16].
63
2.10.4.2.
Aplicação Automática
Processo mais utilizado para a aplicação do adesivo, na operação de grafagem
nos conjuntos conhecidos como painéis móveis (hang on);
(conjunto de portas laterais (dianteira e traseira), conjunto capô do motor e
conjunto tampa traseira). O processo de grafagem ou flangeamento (hemming), é
a união dos painéis interno e externo pelas extremidades (flanges) num processo
de conformação mecânica (estampagem lenta) onde a flange do painel externo é
dobrada sobre a flange do painel interno, garantindo a união sem ou com menor
quantidade de pontos de solda. Por se tratarem de painéis externos onde os
pontos podem marcar a superfície externa, aparente, vide Figura 13.
Figura 13 – Detalhamento esquemático flangeamento porta, [15].
64
Aplicado com robô e sistema de pistola automática para garantir a quantidade e a
posição correta do cordão de adesivo. O adesivo deverá estar entre os dois
painéis, porém, sem excesso para que não ultrapasse a flange externa e fique
aparente, caso não seja limpo ainda na estação de flangeamento dentro da
funilaria, seguirá pela estufa tornando-se duro após a cura e com a aparência de
sujeira ou caroço sob a pintura, sendo demeritado pela qualidade.
Processo (forma simplificada):
• Adesivo aplicado por robô no painel externo da porta
• Posiciona-se o painel interno da porta sobre o painel externo da porta
• Conjunto transferido para ferramenta de flangeamento em prensa hidráulica
• Prensa processa a grafagem das flanges do painel externo sobre as flanges do
painel interno
• Conjunto é transferido para transportador para ser montado na unidade
• Unidade é finalizada na funilaria e transferida para Pintura
• Carroceria de chapa nua segue pela operação de pré-limpeza (desengraxe e
fosfatização, forma simplificada)
• Processo de imersão no banho de ELPO (proteção eletroforética à base d’água)
Vide Figura 14 e detalhes da operação de flangeamento na Figura 15;
Figura 14 – Esquema da linha de flangeamento porta, [15].
65
Figura 15 – Detalhes do flangeamento do porta dianteira lado direito, [16].
2.10.4.3.
Estufas
Os adesivos aplicados na estação da submontagem perpassam todo o processo de
limpeza e preparação da superfície interna e externa da carroceria pelos
sucessivos banhos (limpeza e fosfatização da chapa), serão curados na estufa do
filme de proteção catódica do banho eletroforético conhecido por ELPO (estufa
do ELPO), vide Figura 16, imersão carroceria no sistema ELPO de proteção e na
Figura 17, esquema das temperaturas internas da estufa, Figura 18, vista interna
da estufa de cura do ELPO e dos adesivos estruturais aplicados na funilaria.
Figura 16 – Processo de pintura por imersão carroceria, ELPO, [16].
66
Figura 17 – Distribuição de temperaturas interna na estufa do ELPO, [16].
Figura 18 – Vista interna da estufa do ELPO, [16].
67
2.11. PROJETO DA JUNTA ADESIVADA
Se a junção adesivada for considerada parte do programa de revisão do projeto
inicial, o adesivo estrutural não deverá ser aceito como substituto direto de outro
processo de união (união por componentes mecânicos ou junção por fusão) mas é
preciso analisar suas características específicas, evidenciando as vantagens do
processo. Embora o objetivo principal seja uma montagem resistente, capaz de
atender os requisitos de serviço, um projeto de junta adequado poderá alcançar
outros benefícios, como a redução de custo e do peso do conjunto final. Um
projeto robusto da junta adesivada pode levar a resultados satisfatórios com uma
formulação econômica de adesivo, aplicado por processo simples, minimizando
os custos e reduzindo etapas no controle de qualidade necessário para a garantia
e confiabilidade do processo. O projeto deve levar em consideração o espaço
para a quantidade adequada de adesivo e como garantir o acesso ao processo de
aplicação na região a ser unida. Em um projeto de junta adesivada ou retrabalho
numa junta existente para a efetiva adesivação, três regras [15] devem ser
observadas:
1 direcionar os esforços aplicados a fim de produzir CISALHAMENTO (shear),
TRAÇÃO (tensile) / COMPRESSÃO (compression) na junta e os esforços de
ARRANCAMENTO (cleavage) e DESPELAMENTO (peeling) devem ser
minimizados;
2 garantir que os carregamentos estáticos não excedam a capacidade de tensão no
regime plástico do adesivo e
3 se houver previsão de que a junta adesivada ficará exposta a ciclos de pequenos
carregamentos, a sobreposição deverá ser incrementada de tal forma que
minimize a possibilidade de falhas e trincas internas no adesivo
Na prática, essas regras são difíceis cumprir, já que a concentração de tensão é
inevitável e um projeto de junta nunca é submetido a carregamentos de um único
modo.
68
Os quatro tipos principais de carregamentos são ilustrados na Figura 19
Figura 19 – Formas de carregamento, [15].
Uma junta adesivada obtém melhor resultado, quando carregada em
cisalhamento, isto é, quando a direção do carregamento é paralelo ao plano das
superfícies adesivadas. Nas juntas metálicas de pequenas espessuras, o projeto de
junta pode prover largas áreas de contato em relação à seção das chapas unidas.
Tal procedimento possibilita a produção de juntas tão resistentes quanto os
materiais aderentes unidos [17]. A relação entre a força de carregamento e o
comprimento da sobreposição numa junta dupla de cisalhamento é mostrado na
Figura 20,
69
Figura 20 – Correlação entre a força e a sobreposição dos corpos em
cisalhamento, [15].
A força de carregamento e o comprimento de sobreposição são proporcionais na
Região Plástica mostrado na Figura 20-A. A partir do ponto A, mesmo com o
aumento do comprimento da sobreposição, a força é acrescida, porém, não na
mesma relação (Região Transição); além do ponto B, o carregamento de falha
não se altera significativamente com o aumento do comprimento da sobreposição
(Região Carregamento Constante).
2.11.1. CARREGAMENTO POR CISALHAMENTO
A Figura 21 mostra a distribuição da tensão de cisalhamento pela sobreposição
da junta em função do carregamento P com pequena, média e grande
sobreposição. Com a menor sobreposição, mostrado na Figura 21-A, a tensão de
cisalhamento é uniforme ao longo da junta. Neste caso, a junta pode trincar sob
carregamento com o tempo e a falha vir a ocorrer prematuramente. Quando a
sobreposição da junta excede um valor, o adesivo na extremidade da junta é
sobrecarregado com uma maior parte de esforços, quando comparado ao adesivo
no centro de sobreposição. Conseqüentemente, a Tensão de Cisalhamento no
centro é menor, como mostra a Figura 21-B, conduzindo a uma tensão de ruptura
menor. Com uma grande sobreposição mostrado na Figura 21-C, a porção
contida dentro da sobreposição, com pequena Tensão de Cisalhamento, é a maior
70
porcentagem do total, minimizando as falhas de ruptura. A sobreposição na junta
com a menor tensão de ruptura depende diretamente das propriedades mecânicas
dos metais-base, propriedades do adesivo e sua espessura, tipo de carregamento e
ambiente do serviço onde será solicitada a junta.
Figura 21 – Modificação na Distribuição da Tensão de Cisalhamento em função
da sobreposição para um carregamento constante P, [15].
71
2.11.2. CARREGAMENTO POR DESPELAMENTO
Dificuldades poderão surgir, quando a junta for submetida a carregamentos na
forma de Arrancamento (Cleavage) ou Despelamento (Peel). Esforços na forma
de arrancamento produzem tensões não uniformes através da junta, o que causa
falhas iniciais nas bordas do adesivo [19]. Tal tipo de junta é considerado mais
fraco que outra com a mesma área adesivada, porém, sob uma tensão de
cisalhamento ou de tração uniforme. A situação é ainda mais crítica,quando o
adesivo está submetido a carregamento do tipo despelamento. Uma linha muito
estreita do adesivo em uma borda da junção deve suportar a carga. O
carregamento do tipo despelamento é tão desfavorável que apenas uma pequena
fração da tensão de ruptura à tração na direção do despelamento é suficiente para
colapsar a junção, mesmo respeitando a mesma área.
É muito raro o carregamento unidirecional puro [15]. A maioria das juntas está
sujeita a carregamentos que combinam arrancamento ou despelamento com
tração ou cisalhamento. Um exemplo é a junta de topo reta, projetada para ser
submetida estritamente à tração mas está sujeita a um pequeno momento torçor
criado pelo arrancamento. Outro exemplo é uma junta sobreposta simples,
projetada para suportar tensão de cisalhamento. Devido ao desalinhamento das
forças nas partes (linhas paralelas), surge uma pequena rotação (alinhamento
natural da linha de ação das forças) que permite que surjam esforços do tipo
arrancamento e despelamento especialmente nas extremidades das juntas como
mostrado na Figura 22 , onde o adesivo é exigido, diferente do cisalhamento
puro.
72
Figura 22 – Rotação na junta sobreposta simples devido a excentricidade das
forças, [6].
Esse problema pode ser minimizado por um adesivo projetado para resistir ao
carregamento composto (cisalhamento, arrancamento e despelamento). A Figura
23-A mostra os tipos mais comuns de juntas para painéis metálicos. O projeto de
junta de topo mostrado na Figura 23-A não é recomendado. Carregamento do
tipo arrancamento pode ocorrer, caso a aplicação dos esforços não seja alinhada.
A junta que utiliza o chanfro na região adesivada é um projeto melhor por
permitir uma maior área de adesivo (inclinado) comparado à junta de topo. A
concentração de tensões do tipo arrancamento nas extremidades da junta é
minimizada em devido os chanfros nos aderentes. Embora largamente utilizado
na junção de madeira, é difícil a reprodução em metais, levando-se em
consideração o alinhamento e a pressão aplicada durante o processo de cura do
adesivo. A junta sobreposta simples Figura 23-G é provavelmente o mais comum
de todos os projetos de juntas adesivadas e continua sendo adequada para muitas
aplicações. O projeto de junta sobreposta simples com as extremidades dos
aderentes chanfrados como mostrado na Figura 23-H, possui menor concentração
de tensões nas extremidades, devido às bordas finas chanfradas dos aderentes.
Quando sujeita ao carregamento de cisalhamento, surge pequena rotação para o
alinhamento dos esforços e deforma a fina extremidade, permitindo que a tensão
73
de despelamento seja minimizada, não ocorrendo o carregamento do tipo
arrancamento nas extremidades dos aderentes e adesivo. Quando os componentes
das juntas possuem pequena espessura, a ponto de permitir a conformação pelo
processo de estampagem, ocorre uma sobreposição do tipo encaixe; quando
submetidos a esforços críticos, realizam pequena torção. Por isso, o projeto de
junta do tipo sobrechapa como mostrado na Figura 23-I é o mais indicado, pois
os esforços do carregamento são alinhados através da junta e paralelos com a
linha adesivada, permitindo que os efeitos do arrancamento sejam minimizados.
Se as seções a serem unidas por adesivo são tão finas que não permitem a
redução da borda, o projeto de cinta dupla sobreposta possibilita bons resultados.
O melhor projeto, no que diz respeito à transferência e dissipação dos esforços
para uma junta adesivada, é mostrado na Figura 23-F: junta com cinta dupla
chanfrada. Entretanto, sua complexidade na aplicação em projetos de alta
produção limita seu uso [15].
Figura 23 – Projeto de junta de chapas metálicas adesivadas, [15].
74
As juntas adesivadas podem ser estendidas com vantagens para os
componentes extrudados, fundidos e usinados. As juntas de topo em perfis
extrudados mostrado na Figura 24, podem ser aproveitadas para uniões
adesivadas. A lingüeta e o encaixe não só alinham as interfaces das áreas que
serão submetidas aos esforços de cisalhamento como também provêem boa
resistência à torção. O projeto de lingüeta com encaixe usinado oferece
vantagens na produção seriada, pois alinha automaticamente os componentes a
serem unidos, controla o comprimento da junção e estabelece a espessura da
linha do adesivo. Este conceito de projeto é muito bom para montagens que serão
submetidas a esforços de compressão com a vantagem de oferecer uma aparência
limpa.
Figura 24 – Projeto de junta de topo com adesivo de itens extrudados e usinados,
[15].
Projetos de cantos e juntas em T são mostrados na Figura 25. O uso de reforços
chanfrados ou com as extremidades afiladas requer uma análise de custo, a fim
de determinar se a melhoria na resistência da junta se justifica em relação aos
custos necessários para sua fabricação. Juntas que requerem encaixes usinados
ou complexos ajustes raramente são empregadas no projeto de painéis metálicos
estampados.
75
Figura 25 – Projetos de juntas adesivadas especificas para cantos em formato T
, [15].
2.11.3. DISPOSITIVOS DE POSICIONAMENTO
Importante levar em consideração a característica de cura do adesivo a ser
empregado em conjunto com os componentes a serem unidos. Dispositivos de
posicionamento garantem alinhamento e espaçamento controlado. No caso dos
adesivos à base de epóxi, é preciso garantir o afastamento especificado entre os
componente, já que a espessura da camada influencia na qualidade da junta. Os
dispositivos deverão resistir às temperaturas de cura na estufa sem sofrer
variações térmicas e dimensionais que afetem ou gerem tensões internas na junta.
No caso do adesivo monocomponente à base de epóxi e cura a estufa, objeto de
nosso estudo, na indústria automobilística, caracterizada pela alta produção, é
necessário que cada unidade seja auto-suficiente para manter as partes
posicionadas até a cura na estufa, sem necessidade de dispositivo específico por
unidade montada. E´ impraticável o retorno desses dispositivos à estação de
76
montagem na funilaria (body shop) após a cura definitiva do adesivo que na
estufa da pintura (proteção contra corrosão - ELPO). Para garantir o correto
espaçamento e que as partes não se movam durante o processo, são utilizados
elementos de fixação mecânica, mostrado na Figura 26. O adesivo é
primeiramente aplicado nos aderentes; depois, os componentes são unidos e
recebem a fixação mecânica (por solda a ponto ou elemento de fixação mecânica:
rebite ou parafuso), unindo as partes e garantindo o posicionamento e
espaçamento. Essa técnica permite a velocidade necessária à linha sem utilização
de vários dispositivos de posicionamento nem o inconveniente do retorno à
estação de aplicação do adesivo.
Figura 26 – Projetos de juntas adesivadas combinadas a solda por resistência e
elementos de fixação mecânica, [15].
77
2.12. FALHAS E REPAROS NAS JUNTAS ADESIVADAS
No retrabalho de falhas em juntas adesivadas, necessário levar em consideração
os requisitos básicos no uso dos adesivos :
I. – preparação adequada da superfície dos aderentes.
II – escolha do adesivo em função das características alcançadas da superfície
após preparação à campo.
III – definição do processo de retrabalho de forma a garantir a correta cura do
adesivo aplicado.
Os conceitos de reparo em estruturas adesivadas são comuns na indústria
aeronáutica, conforme mostrado na Figura 27.
Figura 27 - Retrabalho em painel aeronáutico na forma de tampão em colméia
estrutural, [21].
78
Porém na industria automobilística, o reparo de estruturas adesivadas deverá
seguir a disponibilidade dos meios e ferramentas adequadas para que seja
garantindo o mínimo de segurança no processo. Por se tratar de um processo
novo, muitas oficinas, mesmo as concessionárias, não possuem todos os meios e
ferramentas, portanto este tipo de retrabalho é direcionado para centros de
retrabalho com funcionários treinados pela fábrica e pelos fornecedores do
adesivo, como exemplo o AUDI A8, veiculo totalmente produzido em alumínio ,
na Alemanha foram definidos centros de retrabalho que são coordenados pela
ALCOA e DOW Química, principais fornecedores das materiais primas.
Podemos dividir em dois tipos básicos de componentes adesivados numa
carroceria automotiva [20] e em função desta característica será definido o
critério de retrabalho.:
A – Painéis estampados
B – Estruturas compostas (perfis)
Para os painéis estampados, o retrabalho com adesivo apresenta vantagens, por
exemplo na troca de um painel externo, pode-se lançar mão de adesivos bicomponentes com cura a temperatura ambiente ou mesmo a temperatura gerada
por sopradores de ar quente ou lâmpada de infra vermelho, facilitando a operação
não sendo necessário desguarnecer o veiculo, removendo acabamentos externos,
internos, bancos, tanque de combustível, operação comum quando se faz o
retrabalho no processo convencional, utilizando de solda por fusão (resistência
ou deposição de material, a chama), vide Figura 28.
Figura 28 - Substituição de parte do painel lateral com o uso do adesivo
, [15].
79
No caso das estruturas adesivadas vale lembrar não ser possível utilizar o mesmo
adesivo de produção, adesivo mono-componente curado a alta temperatura em
estufa, aplicados após adequada preparação da superfície, onde os componentes
trabalham em conjunto posicionados por dispositivos que garantem espessura de
da camada de adesivo entre as partes.
Logo, no caso de estruturas com perfis adesivados, deverão ser estudados caso a
caso, garantindo a mesma transferencia de esforços que o projeto original e com
a utilização de elementos de fixação mecânica como parafusos, prisioneiros,
rebites ou pinos trava, posicionando os componentes e auxiliando e garantindo a
junção no retrabalho [22].
80
2.13. JUNÇÃO DE CHAPAS POR SOLDA À RESISTÊNCIA
Os subconjuntos que formam a carroceria, são soldados e/ou adesivados
formando conjuntos e esses por sua vez formam a carroceria, conhecido no meio
como carroceria em branco (Body in White, BW). Diversos processos de união
dos componentes atuam em conjunto, solda por resistência, solda a Laser e solda
MIG / MAG (a arco, deposição) e as juntas adesivadas, mais comuns nos
veículos com componentes em alumínio. Dentre esses processos a solda a ponto
é o mais utilizado em virtude da maior simplicidade, facilidade de controle e
menor investimento necessário, resultando em um produto com qualidade. Para
exemplificação, um automóvel possui cerca de 4.800 pontos de solda, diversos
cordões de solda MIG/MAG e em casos específicos, cordões ou pontos de solda
a Laser e uma média de 3,0 quilos de adesivo estrutural [16]. A Figura 29 mostra
as tendências no uso das diversas técnicas de junção de carrocerias no decorrer
das últimas décadas. Pode ser visto um aumento no uso da junção por
conformação (clinch), em parte pelo crescente uso do alumínio associado ao uso
do adesivo ou selantes utilizados na funilaria. Não obstante um decréscimo da
importância da solda a ponto resistiva, em virtude de suas características e
qualidade ela ainda é dominante na indústria automotiva.
Figura 29 – Tendências nos processos de junção em carrocerias automotivas
produzidas em série, sem considerar peculiaridades especiais de construção tais
como estrutura monobloco em aço, “space-frame” em liga de alumínio ou peças
com concepção multi-material , [24].
81
A resistência e o modo de falhas de um ponto de solda são caracterizados
como funções principalmente da espessura das chapas, resistência mecânica do
metal, diâmetro do ponto aplicado e do modo de aplicação das cargas sobre esse
ponto. A Figura 30 nos mostra as técnicas de junção utilizadas na indústria
automobilística, que podem ser associadas ao adesivo/ selante.
a - solda sob pressão por conformação
b - solda sob pressão resistiva com acesso pelos dois lados
(a)
(b)
Figura 30 – Processos de soldagem utilizados na indústria automobilística, [15].
A carroceria de um veículo necessita atender diversos requisitos, e os testes
físicos para essa aprovação são dispendiosos, complexos e demorados,
características não desejadas e determinantes na direção do sucesso ou não de um
produto na condição atual de competição em que o mercado se encontra. Uma
das ferramentas utilizadas para amenizar a quantidade destes testes é a análise
estrutural virtual (ou Simulação Virtual), onde as forças que atuam em um
veículo em situação real são aplicadas via software, e uma simulação do
comportamento do veículo é feita. Durante a simulação é também avaliado o
número de pontos de solda, cordões ou pontos de laser e cordões de MIG/MAG,
pontos adesivados associado a solda por resistência ou com a adição do adesivo
na forma de spray ou mantas estruturadas na composição de fibra de vidro ou
fibra de carbono envolta em adesivo a base de resina epóxi que ao passar pela
estufa transfere resistência a carroceria (mantas reforçantes), requeridos pela
Engenharia de Produtos, já que a partir da aplicação dos esforços são distribuídos
tais pontos de solda (resistência, laser e MIG/MAG) e os adesivos, nos diversos
82
conjuntos que compõem a carroceria, para que sejam evitadas torções, trincas e
quebras. A partir dos resultados é possível visualizar áreas com problemas
potenciais, e revisar a especificação das peças envolvidas antes de sua montagem
nos veículos de testes ou liberação dos desenhos. Isso permite minimizar os
custos e diminuir o tempo necessário ao desenvolvimento de um veículo, porém
os valores envolvidos ainda são elevados já que os equipamentos e o próprio
software são bastante sofisticados, ao mesmo tempo em que a simulação
completa, englobando todas as variáveis atuantes no processo real é praticamente
impossível em especial a simulação das áreas adesivadas. Em virtude disso
vários trabalhos foram publicados, sempre buscando o desenvolvimento de um
critério de falhas que permitisse a obtenção teórica do comportamento do ponto
de solda sob a ação de cargas [23] de maneira análoga ao comentado sobre a
simulação virtual – definiu que a grande dificuldade em se determinar um
critério com essa finalidade (e que atinja o nível de confiabilidade exigido) para a
solda a ponto se deve ao grande número de variáveis envolvidas no processo,
como por exemplo: os parâmetros da solda, a espessura e o material das chapas
envolvidas, o tamanho do botão (nugget) e quando associado ao adesivo
estrutural, sua espessura, características de cura, além da necessidade de
construção de um complexo banco de dados que possa englobar todos os
resultados colhidos das variações desses parâmetros, que do mesmo modo é
extremamente custoso. Segundo Heuschkel [25], Sawhill and Furr [26], Lin et al,
[27], em geral o modo de falhas de um ponto de solda sob carga deveria ser
indicado baseado nas condições do carregamento, propriedades do material,
diâmetro do botão de solda, espessura de chapa e parâmetros do processo de
solda. O trabalho ora apresentado vem contribuir com a importância na utilização
do adesivo estrutural, somando na qualidade da junção por solda a ponto,
garantindo estanqueidade, maior resistência a fadiga e vibração como uma
melhor distribuição dos esforços evitando concentração de esforços, ponto critico
na junção de chapas de menor espessura, característica dos materiais cada vez
mais comuns na industria automobilística. Nos testes realizados foram utilizados
materiais com 03 revestimentos distintos :
83
I – BGA – Galvanealed, chapa de aço com revestimento de zinco e processo de
revenimento.
II – BZ - chapa de aço revestida com camada de zinco processo de banho quente
(hot deep).
III – Bare – chapa nua, sem revestimento.
Com três espessuras :
A – 0,80 mm
B – 0,90 mm
C – 1,00 mm
Para os 03 formatos de junta ;
1 – junção somente pela solda por resistência (solda a ponto)
2 - junção somente pela adesivo estrutural
3 - junção pela associação entre o adesivo estrutural com a solda a ponto.
Os parâmetros de solda, portanto, foram ajustados respeitando, espessura das
chapas, característica do revestimento e a aplicação ou não do adesivo gerando
15 parâmetros de solda diferentes.
2.13.1. TECNOLOGIAS DE SOLDAGEM
2.13.1.1.
Solda por Resistência
Segundo a RWMA [28], solda consiste na junção de duas ou mais peças de metal
através da aplicação de calor e às vezes de pressão. Solda por resistência abrange
o campo da solda onde o calor de solda nas peças a serem soldadas é gerado pela
resistência oferecida por essas peças para a passagem de uma corrente elétrica. A
solda por resistência difere dos processos de solda por fusão pela aplicação de
força mecânica para garantir a união das peças aquecidas. O efeito dessa força é
refinar os grãos da estrutura, produzindo assim uma solda com propriedades
84
físicas, na maioria dos casos, iguais aos metais que a deram origem, e às vezes
até superior.
2.13.1.2.
Solda por Resistência a Ponto
Segundo a American Welding Society [15] solda por resistência é o processo
onde a fusão dos metais é produzida nas superfícies de contato em virtude do
calor gerado pelo trabalho de resistência da passagem da corrente elétrica. Força
é sempre aplicada antes, durante e após a aplicação da corrente para garantir boa
área de contato entre as superfícies e, em algumas aplicações, para garantir o
contato entre as chapas durante o resfriamento. Dentre os processos de solda por
resistência, podemos citar a solda a ponto, por costura e por projeção. A Figura
31 exemplifica os processos acima descritos.
Figura 31 - Processos básicos de solda por resistência elétrica, [15].
Na solda a ponto, o botão (nugget) do metal soldado é produzido na área de
contato do eletrodo, mas dois ou mais botões podem ser produzidos
simultaneamente usando-se conjuntos múltiplos de eletrodos. A solda a ponto
(assim como a solda por costura e projeção) envolve a aplicação coordenada de
corrente elétrica e pressão mecânica de magnitudes e durações apropriadas. A
corrente de solda deve passar dos eletrodos para as peças e sua continuidade deve
ser assegurada pelas forças aplicadas aos eletrodos, ou por projeções feitas nas
peças, com formas que forneçam a densidade de corrente e pressão necessárias.
A ordem das operações deve ser: primeiramente produzir calor suficiente para
permitir a fusão do metal das chapas a serem soldadas no local onde a pressão
dos eletrodos está sendo aplicada; tal pressão é mantida aplicada também durante
85
o resfriamento do metal até que o mesmo possua resistência suficiente para
manter as peças unidas. Do mesmo modo, a densidade da corrente e a pressão
devem ser suficientes para que seja formado o botão de solda, tomando-se o
cuidado para que não haja excesso, pois isso pode causar a expulsão do metal
fundido prejudicando a solda. A duração da corrente de solda deve ser
suficientemente curta para prevenir excesso de calor nos eletrodos, pois isso
reduz drasticamente sua vida útil [29]. O calor requerido para esse processo de
solda é produzido pela resistência das peças de trabalho à corrente de solda que
passa através do material. Em virtude do curto caminho que a corrente percorre e
pelo tempo de solda limitado, altas correntes são necessárias para o
desenvolvimento do calor requerido. A corrente de solda é gerada por um
transformador de solda a ponto (TSP), que trabalha com corrente de entrada de
alta voltagem (480 V) e baixa amperagem (100 A – 2 kA) e a transforma em uma
corrente de baixa voltagem (3 – 30 V) e alta amperagem (6 kA – 100 kA),
conforme a necessidade. Essa corrente parte de um eletrodo, atravessa as chapas
a serem soldadas quando aplicado o adesivo, atravessa-o e chega ao outro
eletrodo, e em virtude das resistências existentes nesse caminho (eletrodo,
material das chapas, adesivo) ocorrerá a geração do calor da solda. A Figura 32
mostra um esquema das resistências existentes no caminho da corrente.
Figura 32 – Resistências existentes no circuito percorrido pela corrente
elétrica, [29].
86
São quatro diferentes formas de fornecimento de energia para a solda a ponto
[30]:
-
Uma fonte de corrente alternada, que utiliza 60 Hz, e a modifica através de
um transformador de solda a ponto;
-
Uma fonte por descarga de capacitores, que fornece um curto pico de
energia, tipicamente na faixa de 100 W / seg a 850 W / seg, onde a energia
de solda pode ser ajustada, mas o tempo de duração do pulso é alterado
apenas em faixas pré-definidas, usualmente divididas em curto (6 ms),
médio e longo (15 ms);
-
Uma fonte inversora que fornece um pulso controlado de média freqüência,
tipicamente 1000 Hz (já existem pulsos com mais de 26 kHz) para o TSP. A
corrente é então retificada para produzir uma corrente de solda direta que
pode ser utilizada em forma de pulso ou rampa para suavizar sua aplicação.
A seleção do tipo de fonte de potência é baseada nos materiais (condutividade
elétrica, térmica, dimensão, etc.) a serem unidos, velocidade de produção e
custos. A solda a ponto é um processo bem estabelecido que tem sido usado em
altos volumes de produção por muitos anos.
Outros desenvolvimentos têm aparecido na forma de projetos do cabeçote de
solda (ou máquina de solda) e operação. Controles eletromagnéticos da força e
posição dos eletrodos estão disponíveis, oferecendo maior precisão do processo
em relação aos sistemas com molas convencionais ou acionamento pneumático,
e a maior vantagem desse sistema é que o controle (tipo looping) das funções do
cabeçote de solda pode ser incorporado aos parâmetros de solda. Isso possibilita
a inclusão de fatores como o escalonamento da força, que pode ser programado
para diferentes valores em pontos diferentes, como aperto pré-solda, força de
solda e aperto pós-solda (para controlar e garantir o resfriamento do nugget). O
sistema de controle fechado pode ser utilizado em conjunto com softwares de
controle estatístico do processo, permitindo um controle de qualidade do
processo também em tempo real. A Figura 33 mostra o comportamento do calor
gerado no momento da solda, com o gradiente das temperaturas.
87
Figura 33 – Temperaturas no circuito de solda – inclusão de valores ºC
, [29].
A pressão é fornecida normalmente por um cilindro pneumático, e está
estritamente relacionada à força aplicada e a área de contado dos eletrodos. A
ocorrência da diminuição da área de contato dos eletrodos por desalinhamento,
apontamento incorreto e deformações na face de contato, conforme mostrado na
Figura 34, resultará na diminuição da resistência à passagem da corrente elétrica,
e consequentemente um aumento da pressão de solda (considerando-se a força
constante).
Figura 34 – Causas da diminuição da área de contato dos eletrodos, [29].
88
Os parâmetros iniciais da solda (corrente, tempo de solda, força aplicada, etc.)
são definidos em função da espessura e revestimento das chapas a serem
soldadas e se aplicado ou não o adesivo estrutural ou selante com característica
favorável a solda, já que constitui mais uma resistência elétrica à passagem da
corrente, de acordo com a norma General Motors WS-1 [29], conforme mostrado
na Tabela 9.
Tabela 9 – Parâmetros de Solda de Referência, [29].
SC = G x G
SC = Gn x Gn
xN
SC = G
SC = N x N
Condição da
Superfície de Colaspo
Galvanizada com
Galvanizada
Condição da
Condição da
Condição da
Superfície de Colaspo
Superfície de Colaspo Superfície de Colaspo Galvanneal com
Galvanizada com Nua
Nual com Nua
Galvanneal
Pausa
Solda
Retenção
Força
Requerida F
Corrente
de Solda
I
Compressão
Tempo Total
Espessura
Governante
EG
mm
N
Lb
KA
Ciclo = 1/60 seg
0,75 - 1,10
1,11 - 1,35
1,36 - 1,60
1,61 - 1,80
1,81 - 2,10
2,11 - 2,40
3640
4550
5450
6360
7270
9090
800
1000
1200
1400
1600
2000
13,5
15,0
18,0
19,5
21,5
23,0
16
18
20
20
25
25
14
16
21
24
28
32
2
2
2
5
5
5
0,75 - 1,10
1,11 - 1,35
1,36 - 1,60
1,61 - 1,80
1,81 - 2,10
2,11 - 2,40
2937
2937
3916
4403
5382
6360
660
660
880
990
1210
1430
10,5
11,0
13,2
14,3
16,0
17,1
9
11
13
15
20
22
10
11
13
15
20
23
0,75 - 1,10
1,11 - 1,35
1,36 - 1,60
1,61 - 1,80
1,81 - 2,10
2,11 - 2,40
2670
3560
4448
4893
5782
7117
600
800
1000
1100
1300
1600
11,4
12,0
14,4
15,6
17,4
18,6
12
14
16
18
22
24
0,75 - 1,10
1,11 - 1,35
1,36 - 1,60
1,61 - 1,80
1,81 - 2,10
2,11 - 2,40
2670
2670
3560
4003
4893
5782
600
600
800
900
1100
1300
9,5
10,0
12,0
13,0
14,5
15,5
8
10
12
14
18
20
Dist. min
entre
pontos
amin
Diâmetro
mínimo do
botão
dmin
Eletrodo
Flange mínima
emi
fmin
lmi
d1min
Dmin
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
14
14
18
20
25
25
19,0
19,0
26,0
35,0
38,0
32,0
6,4
6,4
7,8
7,8
9,7
9,7
16,0
16,0
16,0
16,0
18,0
18,0
6,5
7,5
8,8
8,5
9,0
9,5
18,0
18,0
18,0
21,0
21,0
22,0
8,0
8,0
9,4
9,4
11,3
11,3
16,0
16,0
16,0
19,0
19,0
19,0
3
3
3
6
6
6
7
9
11
17
17
17
18
29
35
39
42
45
5,6
5,6
7,0
7,0
8,6
8,6
14,3
17,6
17,6
17,6
17,6
19,8
7,2
8,3
9,7
9,4
9,9
10,5
16,5
19,8
19,8
20,9
22,0
24,2
7,4
7,4
8,8
8,8
10,3
10,3
14,3
17,6
17,6
17,6
17,6
20,9
10
12
14
18
21
24
2
2
2
5
5
5
8
8
10
15
15
15
16,0
26,0
32,0
35,0
38,0
41,0
5,1
5,1
6,4
6,4
7,8
7,8
13,0
16,0
16,0
16,0
16,0
18,0
6,5
7,5
8,8
8,5
9,0
9,5
15,0
18,0
18,0
19,0
20,0
22,0
6,7
6,7
8,0
8,0
9,4
9,4
13,0
16,0
16,0
16,0
16,0
19,0
9
10
12
14
18
21
2
2
2
5
5
5
6
6
8
10
12
14
16,0
19,0
26,0
29,0
32,0
35,0
4,0
4,5
5,0
5,3
5,7
6,0
13,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
6,5
7,5
8,8
8,5
9,0
9,5
15,0
18,0
18,0
19,0
19,0
20,0
5,6
6,1
6,6
6,9
7,3
7,6
13,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
Frisamos que os valores acima são apenas referência, podendo-se alcançar boa
qualidade de solda com outras combinações (aumentando-se a corrente e
diminuindo-se o tempo de solda, por exemplo). Para um melhor entendimento
dos valores citados, deve-se conhecer a definição de cada uma das etapas de um
ciclo simples de solda, mostrado na Figura 35. Dessa Tabela serão tiradas os
parâmetros de solda a serem validados nesse trabalho, mais precisamente da
condição de solda de chapa nua com chapa nua.
89
•Compressão – é o tempo durante o qual os eletrodos comprimem as peças até o
início da passagem da corrente;
•Tempo de Solda – é o intervalo de tempo durante o qual ocorre a passagem da
corrente elétrica, mantendo-se a compressão;
•Retenção – é o tempo em que a compressão é mantida, após a passagem da
corrente, para garantir o resfriamento e solidificação do botão de solda;
•Pausa – é o tempo durante o qual os eletrodos não estão em contato com as
peças.
Figura 35 – Ciclo completo de solda, [15].
90
A relação entre a Resistência (somatória das resistências do material do eletrodo,
do contato do eletrodo com a peça, do material da peça, de contato entre as peças
a serem soldadas com uma pequena película do adesivo entre as superfícies de
contato da peça) em função do tempo, medido em ciclos, é mostrada na Figura
36 (considerando-se a aplicação de força constante).
Figura 36 – Gráfico de Variação Resistência X Força, [15].
2.13.1.3.
Estação de solda a ponto manual
Uma estação típica de solda a ponto manual utilizada na General Motors é
composta por:
Transformador de solda a ponto (TSP);
Programador de solda;
Unidade auxiliar
Cabo secundário;
Máquina de solda a ponto portátil (MSPP);
Estruturas de sustentação;
A Figura 37 ilustra uma estação típica de solda a ponto portátil, desde a estrutura
de sustentação fixada no prédio até a máquina de solda a ponto portátil.
91
Figura 37 – Estação típica de solda a ponto, [15].
É claro que existem variações, de acordo com a necessidade de produção, layout
disponível, etc.
2.13.1.4.
Transformador de solda a ponto
Conforme já mencionado, o transformador de solda transforma a corrente
primária
alta voltagem / baixa amperagem em uma corrente secundária de alta amperagem
e baixa voltagem. Existem várias configurações para os TSP’s, dependendo do
método de solda selecionado. A maioria é monofásica com corrente alternada,
mas existem outras opções disponíveis. Devido às grandes perdas no secundário
dessas máquinas, os TSP’s têm voltagem secundária maior quando comparados
92
com as máquinas de solda estacionárias, e é semelhante a outros tipos de
transformadores de solda por resistência, com a exceção de que devido à sua alta
voltagem secundária, o seu secundário consiste de duas espiras, conectadas em
série ou paralelo. A conexão primária, quando usada, tem de quatro a oito
derivações, que fornecem uma faixa de 60% a 100% da voltagem de saída.
Assim, se a saída máxima é de 10 V com o secundário conectado em paralelo,
será de 20 V conectado em série, e o ajuste total possível será de 6 a 20 V.
Embora a potência de saída primária de uma máquina de solda a ponto portátil
seja muito maior que a de uma máquina estacionária, o TSP ainda é projetado
para operar em um regime de trabalho de 50 % da potência total, e na prática
esse valor é muito baixo quando comparado com as máquinas de solda
estacionárias [29]. Quando a corrente atravessa as espiras do TSP, cria um
campo magnético, que é acoplado através do núcleo de ferro ao enrolamento
secundário e induz uma voltagem secundária. Se existem o dobro de espiras no
enrolamento primário em relação ao secundário, a voltagem secundária será de
valor igual à metade da voltagem primária e a corrente secundária será o dobro
da corrente primária. A Figura 38
mostra uma vista em corte de um
transformador.
Figura 38 – Transformador de solda a ponto, [29].
93
A voltagem primária de um transformador está relacionada com a voltagem
secundária assim como o número de espiras do enrolamento primário está para o
número de espiras do enrolamento secundário. Isso é conhecido como Relação
de Espiras. A Figura 39 mostra um transformador básico de solda a ponto para
exemplificar essa relação. O transformador possui 88 espiras no primário e 1
espira no secundário. A Relação de espiras é, portanto 88:1. Temos:
Voltagem no Pr imário
espiras no primário
440V 88
=
=
=
Voltagem no Secundário espiras no sec undário
5V
1
Corrente no Pr imário
espiras no sec undário
136 A
1
=
=
=
Corrente no Secundário
espiras no primário
12000 V 88
Figura 39 – Transformador básico de solda a ponto - esquema, [29].
2.13.1.5.
Cabo Secundário
A corrente de solda é transmitida do circuito secundário do TSP para a máquina
de solda através de um cabo condutor flexível refrigerado à água chamado de
cabo de baixa reatância ou cabo secundário bipolar. As correntes secundárias são
normalmente na faixa de 8.000 Amperes a 20.000 Amperes na solda de aços,
podendo exceder 50.000 Amperes na solda do alumínio. A área da seção
transversal do cabo secundário é expressa em “circular mills” (cmil), que
significa a área de um círculo com diâmetro de 0,0254mm, e possui normalmente
de 300.000 a 650.0000 cmil. Essa dimensão é expressa como 300 MCM a 650
MCM, e é usada para indicar a capacidade de transporte de corrente do cabo. O
94
comprimento do cabo é normalmente de 6 a 12 pés e os fabricantes
disponibilizam informações para o dimensionamento do cabo, em relação à
corrente de solda e porcentagem do regime de trabalho.
2.13.1.6.
Programador de solda
Os programadores (ou controladores) atuais de solda utilizam a tecnologia dos
microprocessadores para controlar o fluxo da corrente elétrica da linha de
alimentação até o TSP. Equipamentos para altos volumes de produção e
múltiplos pontos de solda requerem controladores especiais com múltiplos
contatores e tiristores (retificadores de silício); para baixos volumes de produção
utilizam controladores com apenas um tiristor. As especificações atuais dos
controladores possibilitam avançados métodos de controle do programa de solda
e da operação monitoração. Incluídos na lista de novos requisitos estão
informações como: monitoração e gravação das informações do ciclo de solda da
corrente, monitoração da solda e capacidade de comunicação via Internet /
similar para busca e obtenção de programas de solda. A Figura 40 mostra um
programador de solda e seus componentes. O referido programador é compatível
com aplicações manuais, com robôs ou automáticas (chamadas hard
automation). É construído para operar com uma alimentação de 60 Hz, com
voltagem de 480 Volts ou 575 Volts [29].
95
Figura 40 – Programador de solda a ponto, [29].
2.13.1.7.
Máquinas de solda a ponto
As máquinas de solda a ponto utilizadas nas plantas da General Motors são na
grande maioria de acionamento pneumático para obtenção da força de solda.
Entretanto, existe a possibilidade de se adotar máquinas de solda acionadas por
motores elétricos (servos) chamadas de Servo-gun. A máquina de solda
pneumática utiliza um cilindro para acionamento da parte móvel, e podem ser
classificadas como de ação direta (tipo “C”) e de ação basculante (tipo “X” ou
“pinça”). As Figuras 41 e 42 mostram o esquema de funcionamento de cada um
destes tipos.
Tipo “C”
Figura 41 – Tipos de máquinas de solda a ponto – Tipo “C”, [32].
96
Tipo “X”
Figura 42 – Tipos de máquinas de solda a ponto – Tipo “X”,[32]
2.13.1.8.
Estação de solda a ponto automática
De acordo com as necessidades do volume de produção, acesso ao produto,
requisitos da solda, etc., a máquina de solda pode ser acoplada a um robô,
eliminando-se inclusive problemas de ergonomia e pontos de operação chamados
cegos, em que não há a possibilidade de visualização do local a ser soldado.
Existe ainda a configuração em que a máquina de solda é fixada a um pedestal
dentro da célula, e o robô manipula a peça através de garra, normalmente com
grampos pneumáticos, e a posiciona para a solda. Uma célula típica de solda a
ponto automática é composta por uma cerca de proteção, painel de comando,
robô e dispositivo de solda (ou robô, garra e pedestal), além da máquina de solda
propriamente dita.
A Figura 43 ilustra uma dessas configurações.
97
43 – Estação típica de solda a ponto automática
[http://www.seesaipa.com/Robotics/Robotics%20&%20Automation%20Group.ht
m] (27 junho 2005)
2.13.1.9.
Descontinuidades na solda por resistência
A qualidade requerida da solda depende primeiramente da sua aplicação. A
qualidade da solda pode ser afetada pela composição química e condições do
metal base, projeto da junção e das peças, condição dos eletrodos e equipamentos
de solda e quando aplicada em conjunto com o adesivo, as características deste.
Em algumas aplicações, cada solda deve atender os requisitos mínimos de uma
especificação em particular (válido para aviões e veículos espaciais). Outras
aplicações podem ter normas para soldas satisfatórias, assim como permitir uma
determinada porcentagem de defeitos (componentes automotivos, por exemplo).
Os requisitos de projeto devem incluir aparência superficial, resistência mínima,
etc., e devem ser monitorados por um sistema de controle de qualidade, incluindo
inspeção visual e exame destrutivo da solda. Os fatores mais importantes da
qualidade da solda são: aparência superficial, dimensões da solda, penetração,
resistência e ductilidade, descontinuidades internas, separação de chapas,
expulsão de material e consistência da solda.
98
2.13.1.10.
Aparência Superficial
Não é uma indicação infalível da resistência ou dimensão da solda, mas sim
indica as condições sob as quais a solda foi feita (por exemplo, pontos de solda
em uma junção devem ter aparências superficiais idênticas). Entretanto, a
segunda e as sucessivas soldas podem ter um menor tamanho em virtude da fuga
de corrente para os pontos já soldados (efeito shunting).
2.13.1.11.
Dimensão da Solda e Profundidade de Fusão
O diâmetro ou largura da zona de fusão deve atender os requisitos de uma
determinada especificação ou critério de projeto. Na falta de tais requisitos, podese considerar que pontos de solda feitos em condições normais de produção
devem ter de 3,5 a 4,0 vezes a espessura da chapa mais fina (mínimo). No caso do
nosso estudo, utilizamos do conceito que o ponto de solda mínimo foi definido
pela Equação (11) prática :
d mín. = 4 esp.
(11)
onde :
d mín . : diâmetro mínimo do ponto de solda
esp. : menor espessura do conjunto de duas chapas
Existe um limite máximo do tamanho do ponto de solda, baseado nas limitações
econômicas e nas leis da geração e dissipação de calor. A Tabela 10 mostra os
principais tipos, causas e efeitos de algumas condições indesejadas na solda.
99
Tabela 10 – Causas e efeitos de descontinuidades na solda, [15].
Profundidade de fusão é a distância na qual o botão de solda penetra nas peças
que estão em contato com os eletrodos. A profundidade mínima de fusão é aceita
geralmente como sendo 20 % da espessura da chapa mais fina (conceito chamado
de endentação). Se menor que 20 % a solda é chamada “solda fria”, pois o calor
gerado foi muito baixo. Variações normais na corrente, tempo e força dos
eletrodos causarão alterações indesejáveis na resistência da solda fria e em casos
extremos não há a formação do botão de solda. A profundidade de fusão não deve
exceder 80 % da espessura da chapa mais fina, o que resultaria em endentação
excessiva e expulsão do material, quando utilizado em conjunto com o adesivo,
preenchendo o espaço entre as chapas a serem soldadas, estes controles são mais
complexos.
2.13.1.12.
Resistência e ductilidade
Estruturas empregando pontos de solda são projetadas normalmente para que a
solda receba um carregamento de cisalhamento quando sob tensão ou
compressão. Em alguns casos, a solda pode ser tensionada quando a direção do
carregamento for normal ao plano da junção, ou a solda pode ser tensionada com
a combinação tensão e cisalhamento. A resistência requerida por pontos de solda
é normalmente especificada em libras (1 lb = 0,454 kg) por solda. É uma boa
100
prática especificar uma resistência da solda maior que aquela utilizada nas soldas
com a recomendação mínima de tamanho do botão, não excedendo 150 %. A
resistência do ponto de solda aumenta com o aumento do seu diâmetro, mesmo
que a tensão média aplicada diminua. A tensão média diminui em virtude da
tendência crescente da falha ocorrer nos limites do botão, conforme ele aumenta
de tamanho. Em aços de baixo carbono, por exemplo, a média da tensão de
cisalhamento calculada em uma boa solda no momento da sua ruptura varia de 10
a 60 ksi (69 – 414 MPa). Valores baixos são aplicados a soldas relativamente
grandes, e do mesmo modo valores altos são aplicados a soldas pequenas; em
ambos os casos, a tensão de tração real é próxima ao limite de resistência à
tração. Esses fatos tendem a causar uma variação da resistência ao cisalhamento
linearmente ao diâmetro. Um ponto de solda não tem grande resistência à torção
quando o eixo de rotação é perpendicular ao plano das peças soldadas. Essa
resistência varia com o cubo do diâmetro (tamanho da solda).Uma pequena
deformação torsional é verificada antes da falha. Os deslocamentos angulares
variam de 5 graus a 180 graus dependendo da ductilidade do material soldado, e a
ductilidade de uma solda por resistência é determinada pela composição do metal
base e o efeito de altas temperaturas, além de um resfriamento rápido do metal
base logo em seguida. Infelizmente os métodos padrões para a medição da
ductilidade não são adaptáveis ao ponto de solda. O que mais se aproxima seria
um teste de dureza, pois a dureza é usualmente o inverso da ductilidade. Para uma
dada liga, a ductilidade usualmente diminui com o aumento da dureza [29]. Outro
método para a indicação da ductilidade de um ponto de solda é a determinação da
relação entre a resistência à tração e a resistência à tensão de cisalhamento. Uma
solda com boa ductilidade possui alto valor para essa relação; com baixa
ductilidade tem-se um baixo valor para a relação. Para minimizar os efeitos do
resfriamento rápido, podemos utilizar alguns métodos:
-
Usar tempo de solda relativamente alto, para fornecimento de calor à peça;
-
Pré-aquecer a área a ser soldada, porém sem afetar o adesivo ;
-
Temperar a solda, a ZTA e o conjunto soldado.
101
Porém, tais métodos não são sempre práticos. O primeiro produz grande distorção
no conjunto; o segundo requer máquinas de solda com controle das características
citadas; o terceiro envolve a adição de uma operação.
2.13.1.13.
Descontinuidades Internas
Descontinuidades internas incluem trincas, porosidades, grandes cavidades e no
caso de alguns metais com revestimento, inclusões metálicas no botão de solda.
Essas descontinuidades não afetarão a resistência à fadiga se estiverem
localizadas inteiramente na porção central da solda; por outro lado é
extremamente importante que não ocorram defeitos na periferia da solda onde as
tensões de carregamento são altamente concentradas. Pontos de solda em chapas
de espessura de 1,0 mm ou maiores podem ter pequenas cavidades no centro da
solda conforme mostrado na Figura 44 A. Essas cavidades são menos
pronunciadas em alguns metais que em outros, devido a diferenças na força
exercida pelos eletrodos no metal quente. Essas cavidades não são prejudiciais em
situações normais. Entretanto, quando há expulsão de metal fundido conforme
mostrado na Figura 44 B em função dessa cavidade, pode haver uma diminuição
da área fundida, e nesse caso a cavidade torna-se extremamente prejudicial.
Figura 44 A / B – Cavidades internas – chapas de espessura igual ou maior que
1,0 mm, [15].
É esperado um certo número de cavidades na produção, e a expulsão de metal é
resultado de condições impróprias de solda, mas o número de cavidades aceitas
deve ser limitado pelas especificações. O melhor método para verificação da
aderência dos pontos de solda é através de um programa de controle de qualidade
estatístico, com corpos de prova e testes destrutivos. Defeitos internos são
causados geralmente por baixa força dos eletrodos, alta corrente, ou outra
102
condição que produza calor excessivo. Podem ser causados também pela remoção
da força no eletrodo muito rapidamente após o término da corrente.
2.13.1.14.
Separação das chapas e expulsão
A separação das chapas ocorre na superfície de contato como resultado da
expansão e contração do metal soldado e do efeito de forjamento aplicado pelos
eletrodos no botão de solda quente. A quantidade da separação varia com a
espessura do metal base, aumentando com o aumento da espessura. A separação
excessiva das chapas resulta das mesmas causas da endentação da superfície.
Montagem imprópria dos eletrodos pode agir como punção durante a aplicação da
força. Isso tende a diminuir a espessura da junção, forçando as chapas para cima
ao redor dos eletrodos , Figura 45.
Figura 45 – Separação excessiva entre as chapas, [15].
Expulsão é o resultado de excesso de calor, geralmente causado pelo excesso de
corrente, e resulta em cavidades internas e usualmente reduz a resistência da
solda. Isso é ainda pior quando existe a combinação de alta corrente com força
inadequada e faceamento incorreto dos eletrodos. Esta tendência é tão
pronunciada que a máxima corrente é normalmente limitada ao valor em que a
expulsão não ocorrerá (ainda).
103
2.13.1.15.
Qualidade da solda a ponto
O controle da qualidade de qualquer processo de solda por resistência é baseado
na habilidade da máquina de solda em repetir resultados sob condições
controladas. É dessa característica de repetibilidade e dos requisitos para o
controle das condições sob as quais a máquina trabalha que resulta o grande
problema no controle de qualidade da solda. É claro que esse controle envolve
muitos fatores separadamente e alguns departamentos, como podemos ver a
seguir [29].
Pessoas: Assegurar treinamento adequado para os funcionários e utilizar
•
suas habilidades mais eficientemente é um dos maiores problemas. Os problemas
com pessoal incluem individualmente todos os departamentos envolvidos na
fabricação da peça final.
Fatores e Variáveis que Afetam a Qualidade da Solda: Existem vários
•
fatores ocorrendo durante a produção e influenciando a qualidade de solda. Um
entendimento desses fatores e seus efeitos é uma das ações mais importantes.
Pressão e Sistema de Força: O sistema de pressão do equipamento de
•
solda é normalmente hidráulico ou pneumático. Com um sistema hidráulico ou
pneumático a força de solda é gerada pela pressão do cilindro, onde está fixado o
eletrodo de força. O efeito de uma força imprópria do eletrodo pode ser ilustrada
em função da Equação (12) usada na resistência de soldagem
Q = I 2. R.t
onde :
Q : calor gerado para caldeamento das chapas
I : corrente elétrica no sistema
R : total de resistências elétricas
t : tempo no processo de solda
(12)
104
Baixa força no eletrodo aumentará o fator de resistência R nessa Equação.
Enquanto uma alta resistência (causada por uma baixa força) gerará mais calor,
teremos também efeitos negativos como expulsão de metal, solda porosa, baixa
vida dos eletrodos e sola de baixa resistência.
•
Condições e Geometria do Eletrodo: Um procedimento de solda completo
deve incluir um tipo de eletrodo determinado (com forma ou geometria
determinadas). A perda dessa geometria pode causar efeitos desastrosos na
qualidade da solda. A área real de contato entre o eletrodo e a peça determinará a
densidade da corrente de solda em Ampéres por polegada ao quadrado e a
densidade da força do eletrodo, ou pressão, expressa em libras por polegada ao
quadrado. Os eletrodos devem ser trocados assim que qualquer alteração na sua
forma e geometria seja verificada.
•
Queda da Tensão Primária: na maioria das fábricas, a corrente primária é
constante. Os problemas da qualidade de solda aparecem quando as variações
excedem os limites normais.
•
Aumento da Resistência e da Reatância no Circuito Secundário: Os
membros que transmitem a corrente no secundário devem ser mantidos em boas
condições para evitar quedas de correntes. Se os equipamentos (cabos jumper,
etc.) ou cabos são refrigerados a água, é necessário muito cuidado com seu fluxo.
Aditivos na água muitas vezes são corrosivos sobre o cobre, o que pode reduzir o
diâmetro dos canais de refrigeração. Qualquer aumento na temperatura de
operação do secundário aumentará também sua resistência.
Uma das melhores maneiras de minimizar os problemas de qualidade de solda é
através de pessoal treinado, que tenha conhecimento do processo de solda por
resistência e do equipamento, além de um programa sério e regular de
manutenções. A consistência da qualidade de solda por resistência pode ser
105
mantida com um controle próprio dos fatores que tendem a produzir variações no
produto final. Os fatores incluem:
1. Projeto da junta soldada
2. Tolerância da espessura do material;
3. Composição, têmpera e condições da superfície do metal base;
4. Material e forma do eletrodo;
5. Resfriamento do eletrodo e da solda;
6. Variáveis do ciclo de solda;
7. Tratamentos térmicos após a solda.
8. Características do adesivo aplicado entre as chapas.
Os parâmetros da solda devem ser revisados quando existirem alterações na
composição, têmpera ou condição superficial do metal, como nas características
do adesivo,
pois o uso de parâmetros e técnicas corretas de solda ajudam na
obtenção de uma consistência na qualidade. Fatores como corrente, tempo e força
devem ser muito bem controlados, e o número de peças a serem soldadas varia
conforme varia o método de teste. São usados então métodos estatísticos para
melhor prever a qualidade. A aplicação de um controle estatístico na produção da
qualidade tem três principais objetivos:
1. Reduzir o número de rejeições e paradas de máquinas por mal
desempenho;
2. Ajudar no estabelecimento de limites de procedimentos para uma
qualidade satisfatória;
3. Prover uma medição confiável da qualidade real da produção.
Se esses objetivos são atingidos, o produto terá alta qualidade e baixo custo, e
mínima rejeição (scrap). Os princípios básicos do controle estatístico são
largamente usados na indústria. Esses princípios são:
-
Selecione amostras da produção e as teste para verificar desempenho versus
especificação;
-
Estime a provável qualidade de toda a produção a partir da análise da
amostra;
106
-
Preveja a qualidade futura considerando a qualidade do passado e a atual.
Os métodos de amostragem, extração de informações dessas amostras, e decisão
se o procedimento de solda deve ser permitido compõem o sistema de qualidade.
2.13.1.16.
Solda a ponto em aços de baixo carbono
A resistência ao cisalhamento de um ponto de solda em aço leve é dependente de
um grande número de variáveis incluindo a qualidade da solda, seu tamanho e a
concentração de tensões. A resistência ao cisalhamento de um ponto de solda
feito corretamente deve ser igual a do metal base maior que uma junção por
rebites ou parafusos na mesma área. Assumindo um tempo de solda apropriado,
o resfriamento sob a força dos eletrodos aparenta ser benéfica na redução de
trincas e na produção de uma estrutura de qualidade.
A resistência dos pontos de solda depende também da resistência do material,
que por sua vez depende da composição, tratamento térmico, e grau de trabalho a
frio. Um bom ponto de solda é um equilíbrio entre aumentar a resistência e ao
mesmo tempo controlar o aumento da endentação na chapa. Isso é um indicativo
de um valor acertado da corrente de solda. Correntes de solda abaixo do valor em
que é produzido calor suficiente para as chapas atingirem a temperatura da fase
plástica (já contando-se as perdas de calor) não produzirão boas soldas. Para o
maior valor da corrente, pode-se usar a referência do início da expulsão de metal
como limite. Um bom teste para a avaliação dos maiores valores da corrente
pode ser também o ponto em que ocorre grande aumento na endentação, como
por exemplo, de 2% para 10%.
107
2.13.1.17.
Solda a ponto com adesivo
Solda a ponto com adesivo é a combinação do ponto de solda por resistência com
a aplicação do adesivo estrutural. O adesivo em pasta, liquido ou filme é aplicado
entre os componentes a serem unidos e a corrente elétrica é aplicada,
atravessando este material adesivo. É permitido ao adesivo que o processo de
cura ocorra à temperatura ambiente ou quando aplicado temperatura numa estufa.
A função adicional do ponto de solda é manter unidos e posicionados os
componentes a serem também unidos pelo adesivo até o seu período total de cura
a temperatura ambiente ou pela ação da alta temperatura numa estufa. Estes
pontos de solda com função principal de posicionador, são normalmente em
pequena quantidade e não contribuem ativamente para a resistência da junta que
possui sua resistência principal na parte adesivada. Comum encontrar estruturas
soldadas por resistência associado ao adesivo na industria aeroespacial e na
industria de transportes. O conceito de solda a ponto adesivada é utilizada para a
união de perfis das estruturas com os painéis das aeronaves como também para a
união dos painéis estampados com reforços. O adesivo no caso em pasta ou filme
poderá ser aplicado em um único componente ou nas duas faces a serem unidas.
A força de compressão aplicada pelos eletrodos na operação de solda, expulsa o
excesso do adesivo na região especifica do ponto criando um caminho para a
passagem da corrente. O adesivo deve possuir alta capacidade de molhamento e
características de alastramento a fim de uma perfeita distribuição na superfície a
ser soldada A cura prematura do adesivo, anterior ou durante a aplicação do
ponto de solda poderá barrar o movimento especifico no momento do ponto
resultando em aumento na resistência elétrica entre as faces do adesivo. Alta
resistência elétrica poderá impedir a passagem da corrente de solda , ou permitirá
a geração de excesso de calor e subsequente expulsão do metal na região do
ponto. Aplicação da força de pre-compressão nos eletrodos, anterior ao ciclo de
solda, poderá auxiliar na distribuição e eliminação do excesso do adesivo nas
faces a serem soldadas. Juntas Solda-Adesivadas melhoram a resistência a fadiga
e aumentam a durabilidade da junta acima do obtido exclusivamente pela união
108
por pontos de solda. O processo pode influenciar de maneira positiva na
distribuição das tensões do conjunto soldado, aumentando a rigidez geral do
conjunto e a resistência a deformação por amassados nas chapas de pequena
espessura [15]. O adesivo nas juntas Solda-Adesivadas atuam como
amortecedores das vibrações e ruídos, promovendo aumento na resistência à
corrosão já que o , quando aplicado o ponto de solda nos painéis revestidos em
função da temperatura de fusão do material base expulsa, evapora o revestimento
(zinco e suas ligas) [31]. O adesivo atuando em conjunto com o ponto enclausura
a região sem o revestimento, permitindo maior resistência a corrosão . No inicio
da solda, na passagem da corrente com a adesivo sensível a temperatura inicia o
processo de geleficação formando uma coroa ao redor do ponto, enclausurando
qualquer formação acida que venha surgir da queima do revestimento em
combinação a gases tóxicos. Esta coroa de adesivo torna-se resistente após a cura
total que se dará na estufa a uma temperatura uniforme. Em alguns componentes
aeronáuticos foram conseguidos melhor eficiência em custo nos processo que
unem o adesivo a solda a ponto, em comparação a juntas exclusivamente
adesivadas ou com elementos mecânicos de fixação (parafusos, prisioneiros,
rebites, solda por fusão (resistência elétrica) ou por deposição (MIG / MAG). As
desvantagens da junta solda adesivada , em muitas aplicações é a adição de custo
do adesivo , o tempo de processo da cura e o tempo e o processo de preparação
das superfícies de contato
como o tempo, processo (equipamento) para a
aplicação do adesivo, necessário controle detalhado dos parâmetros da solda para
garantir a qualidade especificada.. No que diz respeito ao conjunto final, este
deverá respeitar as temperaturas máximas de trabalho do adesivo curado aplicado
na junta. A presença do adesivo na composição do pacotes de resistências
elétricas que a corrente elétrica deverá atravessar aumenta a complexidade da
solda , onde a espessura, características químicas do adesivo (homogeneização
do lote, capacidade de molhamento, viscosidade) afetam a qualidade e segurança
final no ponto de solda. Os parâmetros de solda deverão ser ajustados
especificamente para o ponto adesivado, levando em consideração as
dificuldades porém lembrando os ganhos específicos que somente uma junção
entre solda com a participação do adesivo pode oferecer [15].
109
3. OBJETIVO
A proposta deste trabalho é de forma prática, com materiais de uso comum na
indústria automobilística nacional, analisar a participação do adesivo estrutural
na formação da carroceria e para tal foram definidos os testes de cisalhamento e
despelamento, com a associação ou não da solda a ponto ao adesivo, situação
comum na produção e que poderá ser intensificada caso os resultados se mostrem
consistentes.
A combinação das quatro variáveis
•
FORMA DE CARREGAMENTO (cisalhamento e despelamento)
•
PROCESSO DE JUNÇÃO
•
ESPESSURA DAS CHAPAS
•
REVESTIMENTO NA CHAPA
Permite o detalhamento do assunto, cobrindo as diferentes interações.
110
4. MATERIAIS E MÉTODOS
Foram utilizados materiais de uso comum na indústria automobilística nacional,
produzidos por empresas locais .
O Adesivo Estrutural Epóxi monocomponente é material de uso comum na
produção da GMB, sendo preparado por diversos fornecedores que atendem as
especificações conforme norma interna GMB EMS9309579 [37].
4.1. CHAPAS METÁLICAS
Chapas de aço carbono, seguindo especificação conforme norma GMB [35], com
revestimento ou não, material de produção normal, com qualidade garantida pela
usina fornecedora onde todos os dados padrões são especificados na nota fiscal,
Figuras anexas.
Foi tomado o cuidado de todo o material ser do mesmo lote / bobina, garantindo
o rastreabilidade dos CPs.
4.1.1. GRAU DE ESTAMPAGEM
No intuito de focar a analise na junção, item de nossa observação, os materiais
foram especificados dentro do mesmo grupo referente ao grau de estampagem,
segue anexa a identificação dos materiais.
classe EP – qualidade de estampagem profunda
classe EEP – estampagem extra profunda, resistente ao envelhecimento
classe CSC – estampagem para conformação supercrítica
111
4.1.2. ESPESSURAS
Definidas as espessuras de maior utilização numa estrutura de carroceria
automotiva, para um veiculo médio. Vale salientar que o trabalho foi focado para
uma carroceria de veiculo médio, logo caso seja analisado para um veiculo
comercial, outras espessuras serão mais indicadas [35].
A tolerância e padrão comercial executado pela usina, caso seja modificada, será
considerado um material especifico, sendo cobrado uma sobre taxa que torna o
novo material não mias comercial.
0,80 mm +/- 0,07 mm
0,90 mm +/- 0,07 mm
1,00 mm +/- 0,10 mm
4.1.3. REVESTIMENTO
Seguindo o mesmo conceito de definição das espessuras, os revestimentos
escolhidos são o de maior consumo na indústria automobilística nacional [35].
Vale ressaltar que o uso de material BGA (galvanneal) é mais comum na
indústria automobilística asiática que nos mercados europeus ou mesmo
americano.
BGA – bobina galvannealed produzida em linha contínua de galvanização
BGA 45A45A – bobina galvannealed (Zn-Fe) com 45A = 45 g/m² de massa de
revestimento por face, no caso, dupla face galvanizada (Zn-Fe com teor de 8 a 12
% de Fe)
112
BZ – bobina zincada produzida em linha contínua de galvanização a quente
BZ 70G70G – bobina zincada com 70G = 70 g/m² de massa de revestimento por
face, no caso, dupla face.
BFF – bobina a frio sem revestimento (chapa nua)
Os corpos de prova (CP) foram constituídos, mantendo elementos com a mesma
espessura e revestimento das chapas metálicas, conforme Tabela 11,
Tabela 11 - Composição dos corpos de prova (CP n)
#
ESPESSURA REVESTIMENTO LIM. ESCOAM. CIZALHAMENTO QTY DESPELAMENTO QTY
mm
(MPa)
C.P.
C.P.
CP 1 0,80
BGA
CP 2 0,80
BZ
CP 3 0,80
BARE
CP 4
0,90
CP 5
0,90
CP 6
0,90
BGA
BZ
BARE
CP 7
1,00 BGA
CP 8
1,00
CP 9
1,00
BZ
BARE
EEP _188
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
EEP/R_158
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
EEP _189
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
EEP/R_202
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
EP_206
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
EEP_195
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
CSC_164
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
EEP_171
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
EEP_181
25,0 x 100,0
80
25,0 x 310,0
80
113
4.1.4. COMPOSIÇÃO QUÍMICA PADRÃO DAS CHAPAS AÇO CARBONO
Anexo, segue Tabela 12, que detalha as faixas definidas como padrão que foram
atendidos pelas usinas fornecedoras em todos os materiais, em relação a
composição química dos revestimentos.
Tabela 12 - Composição química das chapas de aço carbono, [35].
%
%
%
%
%
%
Carbono
Manganês
Fósforo
Enxofre
Alumínio
Titânio
máx.
máx.
máx.
máx.
mín..
EP
0,007 – 0,080
0,45
0,030
0,030
0,015
-X-
EEP
0,007 – 0,080
0,45
0,030
0,030
0,015
-X-
CSC
0,001 – 0,007
0,35
0,020
0,020
0,015
0,010 – 0,020
Grau
4.1.5. PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS CHAPAS DE AÇO CARBONO
A Tabela 13, detalha as propriedades mecânicas que foram atendidos pelas
usinas fornecedoras em todos os materiais, vale relembrar quer todo material a
ser enviado, deverá ser retirado um lote e ser testado pelo fornecedor, onde os
critérios básicos de aprovação serão impressos na nota
conforme figuras dos materiais utilizados nos testes de junção.
fiscal de entrega,
114
Tabela 13 - Propriedades mecânicas das chapas de aço carbono, [35].
Lim. de Escoamento
máx.
(MPa)
Grau
Lim. de
Resist. à
Tração
(MPa)
t < 0,9 mm t >= 0,9 mm
EP
275
260
EEP
140 - 220
CSC (2)
140 - 180
Alongamento
min.
%
t <= 0,6 mm
t >0,6 mm
Indice de
Dureza Anisotropia Expoente de
Embutimento máx.
Encruamento
r min. (1)
min.
n min.
(HRB)
(mm)
L0= 50 L0= 80 L0= 50 L0= 80
(mm) (mm) (mm) (mm)
370
máx.
270
min.
270
min.
33
32
34
33
37
36
38
37
41
40
42
41
veja tabela
embutimento
57
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
1,8
0,22
Nota (1) : para os materiais revestidos, por imersão a quente, admite-se uma redução de até 8% no valor da anisotropia
Nota (2) : a utilização destes graus devem ser aprovados pela Engenharia de Materiais da GMB
Tabela 14 - Características do Embutimento Erichsen
(diâmetro de punção 20,0 mm), [35].
ESPESSURA
0,80
0,90
1,00
EP
-x10,30
-x-
EEP
10,40
10,60
10,80
CSC
-x-x11,20
4.1.6. ÓLEO DE PROTEÇÃO E ESTAMPAGEM
Seguindo a especificações da norma referência [38], [39], as bobinas metálicas
foram enviadas pelas usinas protegidos por óleo especificado conforme norma
GMB [36], esta quantidade foi confirmada em laboratório , seguindo a
especificação, de 300 mg/m³ a 1500 mg/m³ - óleo deve atender GMB [36].
115
4.1.7. DEFINIÇÃO DOS CORPOS DE PROVA
No intuito de garantir foco na junção, não criando diversas variáveis, definido os
CPs entre :
- mesmos materiais
- mesma espessura
- mesmo revestimento
Para as 03 junções de teste
ADESIVO – (A)
SOLDA A PONTO (SP)
ADESIVO + SOLDA A PONTO (A + SP)
116
4.2. ADESIVO ESTRUTURAL
Adotado
como
material
base
do
trabalho,
o
Adesivo
Estrutural
monocomponente, na forma de pasta, aplicado com bomba pneumática pelo
sistema automático com robô ou manual com espátula, tom avermelhado,
identificado na GMB pela numero 9309579 [37]. Utilizado principalmente nas
operações de flangeamento e quando se faz a necessidade a estruturação com
material adesivo.
4.2.1. CLASSE DO MATERIAL
Material adesivo à base de Resina Epóxi, monocomponente, na forma de pasta
4.2.2. TEMPERATURA DE CURA
Material desenvolvido para trabalhar na faixa de temperatura de cura, 180°C +/5° C durante 20 +/- 5 min. em estufa, não necessário a operação de préaquecimento dos painéis antes da aplicação do adesivo como também eliminada
a operação de pré cura , logo após a aplicação do adesivo e flangeamento , ainda
na estação de sub-montagem. Este ganho não necessidade da operação de précura, garantiu maior produtividade das células de flageamento para os diversos
painéis móveis ( conjunto capo do motor, portas laterais e conjunto tampa do
porta mala).
4.2.3. ABSORÇÃO DO ÓLEO DE ESTAMPAGEM
O material possui a capacidade de absorver o óleo de estampagem e/ou de
proteção
aplicado sobre as chapas / peças estampadas, garantindo suas
características de junção.
Material aplicado em chapas met. oleadas na condição de 3,0 g/m² +/- 0,3
conforme norma GMB [36].
117
4.2.4. CARACTERÍSTICAS DO ADESIVO
Densidade média, 1,2 +/- 0,05 kg/dm³
Tempo de armazenamento médio de 3 meses à temperatura de 23°C
Resistência à tração média de 20,0 MPa .
118
4.3. MÉTODLOGIA
A metodologia adotada foi a preparação dos Corpos de Prova (CPs), submetidos
a esforços de cisalhamento e despelamento, utilizando para o cisalhamento
(Shear Test) a norma ASTM D 1002 – 72 [38], e para o despelamento (Peel
Test) a norma ASTM D 1876 – 72,[39].
Foram considerados 03 processos de junção :
ADESIVO
(A)
SOLDA A PONTO
(SP)
ADESIVO + SOLDA A PONTO
(A + SP)
4.3.1. NORMAS
CISALHAMENTO, seguindo norma D 1002 – 72 [38],
para (A), (SP) e (A + SP)
DESPELAMENTO, seguindo norma D 1876 – 72[39],
para (A), (SP) e (A + SP)
Números de CPs obtidos:
Cisalhamento – 270 cp. finais
(3 espessuras x 3 revestimentos x 3 modos de junção (A, SP, A + SP) x 10 cp. )
Despelamento – 270 cp. finais
(3 espessuras x 3 revestimentos x 3 modos de junção (A, SP, A + SP) x 10 cp. )
CPs preparados (total) = ajuste equipamento + ajuste diâmetro ponto + CP finais
= 684 cp.
119
Foi adotada como referência nos testes, a correlação da área de contato entre os
três diferentes processos de junção, já que a ênfase do trabalho está na
participação do adesivo e sua contribuição quando aplicado em conjunto com a
solda a ponto por resistência.
Definido o diâmetro máximo de 3,0 mm para o ponto de solda, em função do
carregamento máximo possível no equipamento de tração (5000 N), este
diâmetro está abaixo do padrão normal de produção (diâmetro médio de 4,5
mm), gerando uma complexidade adicional para mantê-lo, porém, com qualidade
de caldeamento entre as chapas, nas diferentes configurações. Foram
desenvolvidos 15 parâmetros de solda, atendendo as diferentes combinações de
espessura, revestimento com adesivo ou não, garantindo a qualidade do ponto de
solda, a fim de manter variação somente entre o processo de junção.
120
4.3.2. DEF. DA ÁREA DE JUNÇÃO NO TESTE DE CISALHAMENTO
Conforme norma ASTM D 1002 – 72 [38], Figura 46
Figura 46 – Teste de Cisalhamento, [38].
w = Fty .
t
(13)
τ
onde :
w = comprimento de sobreposição entre chapas
t = menor espessura das chapa da junta
Fty = tensão de tração na chapa
τ = fator de segurança, 150 porcento da média da Tensão de cisalhamento do
adesivo
O estudo analisará a junção e suas relações, logo necessário garantir que na
tração o fusível seja a junta e não o CP, logo será mantido o fator de segurança.
121
4.3.2.1.Teste cisalhamento, junta adesivada
Largura do CP = 25,0 mm
Tensão de Tração chapa = 158 MPa (menor valor real )
Tensão de cisalhamento adesivo = 19 MPa (valor testado Colauto)
w=
158.esp
1,5.19
(14)
Analisando para as três espessuras de teste e variando o fator de segurança
chegamos ao comprimento de sobreposição (w) de 5,00 mm e área de 125 mm² ,
conforme mostrado na Tabela 15 :
Tabela 15 – Definição do comprimento de sobreposição (w) junta adesivada
Fatores de segurança
1,2
1,4
Espessura
chapa de aço (mm)
1,5
1,5
w=
Sobreposição
calculado
w=
Sobreposição
arrendondado
area
adesivada
(mm²)
largura do CP
area adesivada
25,0 mm
(mm²)
largura = 25,0 mm
w = 5,00 mm
ADOTADO
w constante
5,0
fator segurança
calculado
0,8
5,54
4,75
4,44
4,50
112,50
125,00
1,3
0,9
6,24
5,35
4,99
5,00
125,00
125,00
1,5
1,0
6,93
5,94
5,54
5,50
137,50
125,00
1,7
Junta adesivada
w = 5,0 mm
Largura do CP = 25,0 mm
Fator segurança = acima de 1,3
122
4.3.2.2.Teste cisalhamento, junta soldada
No caso de junta soldada a ponto, foi assumido como critério do teste definir o
menor diâmetro de ponto de solda com qualidade, possível, em função de quando
for testado a junta A + SP, não ultrapassar a capacidade da máquina de tração.
Recorreu-se a uma Equação prática (15), de uso comum da indústria
automobilística .
dmin . = 4 esp.
(15)
Associado a este regra de diâmetro mínimo há também uma prática comum de se
manter uma área mínima ao redor do diâmetro mínimo do ponto para garantir
qualidade na solda. Detalhado na Figura 47,
Figura 47 – Definição de área mínima para ponto de solda, [16].
Analisando para as três espessuras de teste e mantendo o fator de segurança
médio de 1,3 , calculamos o w mínimo para solda ponto de 6,0 mm. Portanto
manteremos a largura do CP de 25,0 mm e sobreposição w de 10,0 mm
(adotado), detalhes Tabela 16.
123
Tabela 16 – Definição do comprimento de sobreposição (w) junta soldada
fator segurança
1,5
diâmetro
mínimo ponto
solda (mm)
2,39
2,53
2,67
fator
diâmetro
mínimo
ponto real
(mm)
3,00
3,00
3,00
segurança
diâmetro w mínimo w real largura
mínimo 3,0
mm
1,2
1,3
1,3
CP
(mm)
6,00
6,00
6,00
(mm)
10,00
10,00
10,00
(mm)
25,00
25,00
25,00
Junta Soldada
w = 10,0 mm
Largura do CP = 25,0 mm
Fator segurança = acima de 1,3
Diâmetro mínimo do ponto de solda = 3,0 mm
4.3.2.3.Teste cisalhamento, junta solda adesivada
No caso de junta solda-adesivada, foi mantida a mesma área da junta adesivada
porém com as características de afastamento mínimo do ponto para a junta
soldada, logo teremos w mínimo definido pela junta solda da de w mín. = 6,0
mm porém a área total deverá estar próxima de 125 mm². Para tal, foi necessário
usinar os CPs da junta solda Adesivada para largura de 21,0 mm (dimensão
possível para usinagem dos CPs) garantindo uma área de 126 mm². Respeitado o
fator de segurança adotado de 1,3. Detalhado na Tabela 17.
124
Tabela 17 – Definição da largura l do CP na junta solda adesivada
diâmetro
w=
mínimo ponto
sobreposição
real (mm)
mínima
(mm²)
CP (mm)
0,8
3,00
6,00
126
21,0
0,9
3,00
6,00
126
21,0
1,0
3,00
6,00
126
21,0
Espessura
chapa de aço
(mm)
area adesivada L= largura real
Junta Solda-adesivada
w = 6,0 mm
Largura do CP = 21,0 mm
Fator segurança = acima de 1,3
Diâmetro mínimo do ponto de solda = 3,0 mm
4.3.3. DEF. DA ÁREA DE JUNÇÃO NO TESTE DE DESPELAMENTO
A preparação dos CPs seguiu o procedimento indicado na norma Teste de
Despelamento D 1876 – 72, ASTM [39],
4.3.3.1.Teste despelamento, junta adesivada
Despelamento (Peel Test), ASTM [39], Figura 48
125
Figura 48 – Teste de Despelamento, [39].
4.3.3.2.Teste despelamento, junta soldada
No caso dos CPs (SP) e (A + SP), especificação da posição do ponto de solda
com a posição mínima da flange vertical do CP do despelamento tem como
referência a norma OPEL [40], o afastamento mínimo de 14,0 mm da face
vertical , conforme Figura 49
Figura 49 – Posicionamento da solda-ponto (SP) + (A + SP)
126
4.3.3.3.Teste despelamento, junta solda adesivada
Segue posicionamento do ponto de solda e aplicação do adesivo conforme juntas
anteriores.
4.3.4. EQUIPAMENTOS
4.3.4.1.Equipamento de solda a ponto por resistência
Utilizado equipamento de solda a ponto por resistência em máquinas eletrônicas
de uso da Engenharia Experimental, área de protótipos da GMB, onde são
produzidos os veículos protótipos dos novos produtos, que serão testados no
Campo de Provas de Cruz Alta (Indaiatuba - SP). Os pontos de solda são parte
fundamentais na construção da carroceria em especial dos novos produtos que
precisam ser validados, logo o controle dos parâmetros de solda são superiores
aos alcançados na produção.
Transformado e pinça utilizados são da marca DÜRING, conforme Figura 50 e
63.
127
Figura 50 – Detalhe dos comandos do transformador máquina de solda, [16].
Figura 51 – Braço de solda no formato de pinça, [16].
128
Tabela 18 – Parâmetros de controle da solda (Junta soldada), [16].
PARÂMETRO - SOLDA PONTO
REVESTIMENTO C.P.
BGA
ESPESSURA governante
PARAMETROS - Unidade (SI)
PRESSÃO SOLDA
TEMPO PRÉ-PRESSÃO
0,80
0,90
SEM
BZ
1,00
0,80
0,90
1,00
0,80
0,90
1,00
MPa
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
ms
400
400
400
400
400
400
400
400
400
AMPERAGEM SOLDA
A
7,6
7,6
7,6
6,2
6,2
6,2
5,8
5,8
5,8
ms
200
200
60
140
140
160
83
83
90
unidade
1
1
1
1
1
1
1
1
1
TEMPO DE PÓS PRESSÃO
ms
40
40
40
40
40
40
40
40
40
DIÂMETRO BOTÃO
mm
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
0
0
3
1
1
4
2
2
5
X
X
X
X
X
X
X
X
X
TEMPO DE SOLDA
PULSO
PROGRAMA de SOLDA
IDENTIFICAÇÃO DA PINÇA
E 13
Tabela 19 – Parâmetros de controle da solda (Junta Solda Adesivada), [16].
PARÂMETRO - SOLDA PONTO + ADESIVO
REVESTIMENTO C.P.
BGA
ESPESSURAS
PARAMETROS - Unidade (SI)
PRESSÃO SOLDA
TEMPO PRÉ-PRESSÃO
AMPERAGEM SOLDA
0,80
0,90
BZ
1,00
0,80
0,90
SEM
1,00
0,80
0,90
1,00
MPa
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
ms
400
400
400
400
400
400
400
400
400
A
5,6
5,6
5,7
6,6
6,6
7,5
5,1
5,0
4,7
ms
150
130
90
100
90
125
80
68
80
unidade
1
1
1
1
1
1
1
1
1
TEMPO DE PÓS PRESSÃO
ms
40
40
40
40
40
40
40
40
40
DIÂMETRO BOTÃO
mm
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
6
7
8
9
10
11
12
13
14
X
X
X
X
X
X
X
X
X
TEMPO DE SOLDA
PULSO
PROGRAMA de SOLDA
IDENTIFICAÇÃO DA PINÇA
E 13
Obs.: Os pontos de solda deverão ser aplicados ANTES da cura do adesivo,
ainda em estado pastoso, para garantir o fluxo da corrente elétrica.
129
4.3.4.2.Equipamento para aplicação adesivo
O adesivo Epoxi monocomponete é aplicado manualmente com o auxilio de
espátula e para garantir espaçamento de 0,03 mm de espessura do filme adesivo,
é aplicado nas extremidades fita crepe adesivada, sobreposta até alcançar esta
espessura. A fita não afeta nos resultados já que na temperatura da estufa perde a
capacidade de grudência, conforme Figura 52 :
Figura 52 – CP cisalhamento preparados para cura do adesivo, [50].
4.3.4.3.Estufas de cura do adesivo
Adesivo curado em estufa elétrica com temperatura controlada 180 °C +/- 5 °C,
marca QUIMIS, temperatura máxima de 400 °C e controle de graduação de 0,1
°C, operando a 440V.
130
Figura 53 - Estufa de cura do adesivo epóxi, [50].
4.3.4.4.Equipamento de tração
Equipamento de tração da marca FANTEC, elétrico 440 V, capacidade de 5000
N de força de tração, com velocidade máxima de 500 mm / min. A velocidade foi
ajustada conforme norma de referência (30,0 +/- 3 mm/min)[38] .
Figura 54 - Equipamento de tração e detalhe visor indicativo força, [50].
131
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Foram obtidos dos testes de Cisalhamento e Despelamento, a força necessária
para o rompimento dos corpos conforme normas de referência
5.1. CISALHAMENTO
5.1.1. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA ADESIVADA
Tabela 20 – Tensões teste cisalhamento – junta adesivada
TENSÃO Mpa (N/mm²)
CISALHAMENTO
PROCESSO JUNÇÃO
ÁREA RESISTENTE
ÁREA ADESIVADA
LARGURA CP
COMPRIMENTO EFETIVO
SOBREPOSIÇÃO (w)
ADESIVO
125,00 mm²
125,00 mm²
25,00 mm
3,00 mm
6,00 mm
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,80 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP1
CP2
CP3
1
19,69
21,01
23,56
2
3
4
5
6
7
8
9
10
18,00 21,87 20,76 18,10 18,80 18,86 18,88 18,14 20,49
19,66 22,10 20,86 19,25 21,16 20,16 20,16 16,76 17,36
17,97 23,42 20,26 21,27 25,64 15,66 21,55 22,26 20,00
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,90 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP4
CP5
CP6
1
20,16
24,73
22,38
2
3
4
5
6
7
8
9
10
16,42 14,91 18,36 14,91 17,36 16,58 16,15 17,48 17,94
27,70 23,85 27,37 28,54 32,06 23,04 26,44 24,06 28,71
18,39 22,34 24,73 14,70 17,40 19,26 22,00 22,48 21,10
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
1,00 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP7
CP8
CP9
1
17,71
21,37
27,68
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12,98 18,95 19,17 17,42 16,17 17,94 19,01 17,33 17,60
23,48 22,66 22,89 21,41 21,87 21,54 20,63 24,37 21,14
23,26 22,91 21,37 21,28 24,20 28,58 18,53 25,00 20,72
132
5.1.2. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA SOLDADA
Tabela 21 – Tensões teste cisalhamento – junta solda a ponta
TENSÃO Mpa (N/mm²)
CISALHAMENTO
PROCESSO JUNÇÃO
ÁREA RESISTENTE
DIÂMETRO MÉDIO PONTO
ÁREA DO PONTO
SOLDA PONTO
7,07 mm²
3,00 mm
7,07 mm²
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,80 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP1
CP2
CP3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
515,66 540,99 525,28 580,17 599,70 594,32 523,44 588,94 535,61 605,50
385,37 401,92 332,32 318,17 322,98 353,11 341,23 300,34 279,55 390,18
515,24 515,94 523,02 512,55 511,28 516,37 505,48 511,28 506,89 512,97
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,90 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP4
CP5
CP6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
530,52 573,24 572,67 641,57 567,02 642,84 578,62 659,26 661,38 544,10
614,69 636,62 632,66 637,33 636,90 645,67 620,78 550,75 633,22 647,51
549,19 557,40 570,27 573,38 559,24 567,72 566,03 540,99 565,74 564,75
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
1,00 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP7
CP8
CP9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
705,23 639,02 627,99 627,85 617,52 598,99 652,04 626,72 653,74 625,16
462,47 447,61 405,74 397,96 428,94 422,35 415,50 411,40 402,34 429,22
637,47 646,81 636,90 634,21 643,41 647,80 640,44 644,26 642,99 643,13
5.1.3. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA SOLDA ADESIVADA
Tabela 22 – Tensões teste cisalhamento – junta soldada + adesivo
TENSÃO Mpa (N/mm²)
CISALHAMENTO
PROCESSO JUNÇÃO
ÁREA RESISTENTE
DIÂMETRO MÉDIO PONTO
ÁREA DO PONTO
ÁREA ADESIVADA
LARGURA do CP
SOBREPOSIÇÃO (w)
SOLDA PONTO + ADESIVO
126,00 mm²
3,00 mm
7,07 mm²
118,93 mm²
21,00 mm
6,00 mm
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,80 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP1
CP2
CP3
1
25,56
25,48
26,33
2
26,14
26,24
26,45
3
26,02
26,48
25,81
4
25,20
26,41
26,11
5
26,32
26,17
26,04
6
25,77
26,17
26,45
7
26,81
26,32
25,55
8
26,06
26,94
26,15
9
26,29
26,02
26,20
10
25,93
26,67
25,98
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,90 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP4
CP5
CP6
1
29,52
35,53
27,55
2
29,14
33,62
27,78
3
28,93
34,93
27,79
4
30,10
36,14
27,75
5
29,55
34,06
27,68
6
33,87
33,09
28,11
7
29,00
34,91
27,85
8
23,08
32,97
28,44
9
36,68
34,98
28,22
10
27,77
35,51
27,86
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
1,00 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP7
CP8
CP9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
26,46 29,405 24,008 29,492 28,468 30,508 26,421 26,254 22,587 27,722
36,635 36,254 35,921 36,19 34,087 35,762 35,683 35,786 35,722 35,405
31,754 30,643 30,373 30,73 29,762 30,325 28,825 29,095 30,444 30,056
133
5.2. DESPELAMENTO
5.2.1. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA ADESIVADA
Tabela 23 – Tensões teste despelamento – junta adesivada
TENSÃO Mpa (N/mm²)
DESPELAMENTO
PROCESSO JUNÇÃO
ÁREA RESISTENTE
ÁREA ADESIVADA
LARGURA CP
COMPRIMENTO EFETIVO
ADESIVO
75,00 mm²
75,00 mm²
25,00 mm
3,00 mm
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,80 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP1
CP2
CP3
1
1,79
1,89
2,17
2
2,11
2,27
1,96
3
1,15
2,16
1,92
4
2,16
2,15
1,79
5
1,88
2,16
2,44
6
1,92
1,27
1,73
7
2,15
2,03
2,19
8
1,97
2,11
2,77
9
2,44
1,67
1,51
10
1,80
1,93
1,31
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,90 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP4
CP5
CP6
1
1,95
1,96
2,12
2
1,36
2,27
2,91
3
1,65
2,03
2,76
4
1,71
2,04
2,27
5
2,01
1,85
2,21
6
2,05
2,53
2,99
7
1,73
2,19
1,67
8
1,59
2,19
2,17
9
2,17
2,60
2,71
10
1,40
1,88
2,31
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
1,00 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP7
CP8
CP9
1
2,25
4,36
3,12
2
2,09
3,84
3,69
3
2,76
3,85
3,73
4
4,47
3,56
3,84
5
3,19
6,00
2,81
6
4,09
4,16
3,77
7
3,43
3,55
3,05
8
3,76
4,60
2,40
9
4,11
3,55
3,76
10
2,91
4,13
1,68
134
5.2.2. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA SOLDADA
Tabela 24 – Tensões teste despelamento – junta soldada
TENSÃO Mpa (N/mm²)
DESPELAMENTO
PROCESSO JUNÇÃO
ÁREA RESISTENTE
DIÂMETRO MÉDIO PONTO
ÁREA DO PONTO
SOLDA PONTO
7,07 mm²
3,00 mm
7,07 mm²
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,80 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP1
CP2
CP3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
111,05 111,90 170,47 122,37 107,66 122,09 113,04 143,45 120,39 118,98
54,04 67,34 6,79 69,18 51,07 68,90 5,66 25,89 55,17 27,02
170,19 159,15 149,53 157,17 154,34 130,01 199,76 144,02 169,34 188,72
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
0,90 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP4
CP5
CP6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
138,92 137,37 124,35 126,33 131,00 135,25 126,48 161,28 129,30 131,00
122,80 118,41 126,33 130,01 126,48 115,86 124,49 128,46 164,96 80,21
186,74 118,41 171,75 144,02 142,60 179,10 133,97 162,41 141,19 141,75
ESPESSURA REVESTIMENTO
BGA
1,00 mm
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP7
CP8
CP9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
162,41 152,93 184,20 154,20 160,43 157,17 162,41 165,24 127,75 169,34
121,52 149,53 169,06 112,61 101,01 90,12 106,10 102,57 140,91 116,01
156,04 154,34 141,19 149,82 148,97 145,86 149,68 152,65 151,09 163,68
135
5.2.3. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA SOLDA ADESIVADA
Tabela 25 – Tensões teste despelamento – junta soldada + adesivo
TENSÃO Mpa (N/mm²)
DESPELAMENTO
PROCESSO JUNÇÃO
FASE 1 - ADESIVO
ÁREA RESISTENTE
ÁREA ADESIVADA
LARGURA CP
COMPRIMENTO EFETIVO
SOLDA PONTO + ADESIVO
75,00
75,00
25,00
3,00
mm²
mm
mm
2
3
4
5
6
7
8
9
ESPESSURA REVESTIMENTO
0,80 mm
BGA
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP1
CP2
CP3
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
2,90
2,61
2,31
2,49
2,88
2,15
3,02
2,34
3,22
2,18
2,25
2,70
2,11
2,32
2,15
2,65
2,50
2,59
3,33
2,23
3,00
3,11
3,40
2,41
2,25
2,49
2,68
2,23
2,81
2,23
ESPESSURA REVESTIMENTO
0,90 mm
BGA
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP4
CP5
CP6
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
3,13
2,90
2,68
2,90
4,59
3,13
2,99
3,00
2,99
2,81
3,56
2,57
3,04
4,36
3,16
3,11
4,31
3,33
3,00
3,43
3,68
3,09
3,72
3,56
2,79
3,02
3,38
3,16
3,93
2,81
ESPESSURA REVESTIMENTO
1,00 mm
BGA
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP7
CP8
CP9
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
3,86
2,93
2,68
3,20
3,22
4,13
3,24
3,36
4,38
3,75
3,41
4,72
2,63
3,75
3,68
2,68
3,50
4,11
2,88
2,00
3,93
3,75
2,32
3,77
2,82
3,41
3,59
3,18
3,09
3,08
FASE 2 - SOLDA A PONTO
ÁREA RESISTENTE
DIÂMETRO MÉDIO PONTO
ÁREA DO PONTO
ESPESSURA REVESTIMENTO
0,80 mm
BGA
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP1
CP2
CP3
ESPESSURA REVESTIMENTO
0,90 mm
BGA
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP4
CP5
CP6
ESPESSURA REVESTIMENTO
1,00 mm
BGA
BZ
sem revest.
Corpo
Prova
CP7
CP8
CP9
1
mm²
10
7,07 mm²
3 mm
7,07 mm²
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
117,28 120,82 107,52 110,35 110,77 106,67 111,62 132,56 134,11 109,64
99,45 102,00 110,06 111,62 58,99 86,58 126,05 104,55 108,51 90,82
139,49 160,71 143,88 138,78 125,63 147,98 132,42 137,79 155,90 120,39
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
127,75 147,84 139,49 114,45 139,63 120,11 136,52 129,87 114,59 118,41
168,49 174,86 134,82 241,21 134,82 150,38 132,56 146,00 146,28 233,57
144,72 142,60 149,39 150,10 135,67 147,27 151,09 134,96 146,42 140,91
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
127,61 115,44 106,10 118,41 132,56 119,12 112,75 126,76 118,41 118,84
217,16 198,77 165,10 158,73 184,05 184,48 170,90 197,92 151,37 152,22
158,02 152,79 170,05 146,42 180,09 152,22 170,05 159,01 165,24 152,51
136
5.3. DISCUSSÃO
A fim de analisar a interdependências entre as variáveis :
•
Acabamento superficial da chapa – revestimento
•
Espessura da chapa aplicada
•
Processo de junção
Será utilizada a técnica estatística da Análise da Variância [51]
A Análise da Variância, é um método suficientemente poderoso para poder
identificar diferenças entre as médias populacionais devidas a várias causas
atuando simultaneamente sobre os elementos da população.
Através da comparação do F calculado com o F [51], poderemos concluir a
interdependência entre as variáveis .
Segue gráficos que identificam a média, número máximo e número mínimo e a
respectiva Analise de Variância organizado na forma :
1.
Tipo de teste (cisalhamento e despelamento)
2.
Processo de junção (por adesivo, solda a ponto e solda adesivada)
3.
Definida uma variável e os efeitos quando se alterna a outra
revestimento e espessura)
Analisado em todas as combinações e foram classificadas em com efeito
(F calculado > F) e sem efeito quando contrário
137
Tabela 26 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 0,8 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
ESPESSURA
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
17,34
115,83
133,17
0,80 mm
Graus de
Liberdade
2
27
29
CISALHAMENTO
BZ
sem revest.
REVESTIMENTO
BGA
Quadrado médio
F
Fa
Significância
2,02
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
8,670
4,290
Tabela 27 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 0,9 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
ESPESSURA
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
475,30
173,69
648,98
0,90 mm
REVESTIMENTO
Graus de
Liberdade
2
27
29
BGA
CISALHAMENTO
BZ
sem revest.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
237,649
6,433
36,94
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 28 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 1,0 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
ESPESSURA
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
195,89
130,14
326,03
1,00 mm
REVESTIMENTO
Graus de
Liberdade
2
27
29
BGA
CISALHAMENTO
BZ
sem revest.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
97,944
4,820
20,32
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Cisalhamento - Junção por Adesivo
mesma espessura, variando revestimento
35,00
TENSÃO (MPa)
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
BGA
0,80 mm
BZ
0,80 mm
sem revest.
0,80 mm
BGA
0,90 mm
BZ
0,90 mm
sem revest.
0,90 mm
BGA
1,00 mm
BZ
1,00 mm
sem revest.
1,00 mm
máximo
21,87
22,10
25,64
20,16
32,06
24,73
19,17
24,37
28,58
média
19,36
19,85
21,16
17,03
26,65
20,48
17,43
22,14
23,35
mínimo
18,00
16,76
15,66
14,91
23,04
14,70
12,98
20,63
18,53
REVESTIMENTO (MESMA ESPESSURA)
Figura 55 – Gráfico , cisalhamento, adesivo, mesma espessura
138
Tabela 29 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, revestimento BGA
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
REVESTIMENTO
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
31,09
68,03
99,12
BGA
ESPESSURA
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
15,544
2,520
0,8 mm
CISALHAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
6,17
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 30 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, revestimento BZ
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
REVESTIMENTO
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
45,10
70,76
115,86
BZ
ESPESSURA
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
22,550
2,621
0,8 mm
CISALHAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
8,60
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 31 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, sem revestimento
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
REVESTIMENTO
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
45,12
243,66
288,77
s/ revest.
ESPESSURA
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
22,559
9,024
0,8 mm
CISALHAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
2,50
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Cisalhamento - Junção por Adesivo
mesmo revestimento, variando espessura
35
TENSÃO (MPa)
30
25
20
15
10
0,8 mm
BGA
0,9 mm
BGA
1,0 mm
BGA
0,8 mm
BZ
0,9 mm
BZ
1,0 mm
BZ
0,8 mm
0,9 mm
1,0 mm
S/ REVEST. S/ REVEST. S/ REVEST.
máximo
22
20
19
22
32
24
26
25
29
média
19
17
17
20
27
22
21
20
23
mínimo
18
15
13
17
23
21
16
15
19
ESPESSURA (MESMO REVESTIMENTO)
Figura 56 – Gráfico , cisalhamento, adesivo, mesma revestimento
139
Tabela 32 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, espessura 0,8 mm
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
ESPESSURA
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
0,80 mm
Soma dos
quadrados
263694,95
26321,16
290016,11
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
CISALHAMENTO
BZ
SEM REVEST.
BGA
Quadrado médio
F
Fa
Significância
131847,475
974,858
135,25
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 33 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, espessura 0,9 mm
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
ESPESSURA
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
0,90 mm
Soma dos
quadrados
20657,01
92298,34
112955,36
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
BGA
CISALHAMENTO
BZ
SEM REVEST.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
10328,507
3418,457
3,02
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 34 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, espessura 1,0 mm
Quadro da Análise de Variância
espessura de
SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
1,00 mm
Soma dos
quadrados
314684,42
11350,97
326035,39
Graus de
Liberdade
2
27
29
revestimentos
BGA
CISALHAMENTO
BZ
SEM REVEST.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
157342,208
420,406
374,26
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Cisalhamento - Junção por Solda Ponto
mesma espessura, variando revestimento
TENSÃO (MPa)
670
570
470
370
270
BGA
0,80 mm
BZ
0,80 mm
sem revest.
0,80 mm
BGA
0,90 mm
BZ
0,90 mm
sem revest.
0,90 mm
BGA
1,00 mm
BZ
1,00 mm
sem revest.
1,00 mm
máximo
605
402
523
661
648
573
705
462
648
média
561
343
513
597
626
561
637
422
642
mínimo
516
280
505
531
551
541
599
398
634
REVESTIMENTO (MESMA ESPESSURA)
Figura 57 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto, mesma espessura
140
Tabela 35 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, revestimento BGA
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
29263,20
40642,82
69906,02
BGA
ESPESSURA
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
14631,600
1505,290
CISALHAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
9,72
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
0,8 mm
Tabela 36 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, revestimento BZ
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
104332,34
114053,15
218385,49
BZ
ESPESSURAS
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
52166,172
4224,191
0,8 mm
CISALHAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
12,35
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 37 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, sem revestimento
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
S/ REVEST.
ESPESSURAS
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
42218,489
48,167
Soma dos
quadrados
84436,98
1300,52
85737,49
0,8 mm
CISALHAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
876,50
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Cisalhamento - Junção por Solda Ponto
mesmo revestimento, variando espessura
750
TENSÃO (MPa)
650
550
450
350
250
0,80 mm
BGA
0,90 mm
BGA
1,00 mm
BGA
0,80 mm
BZ
0,90 mm
BZ
1,00 mm
BZ
0,80 mm
0,90 mm
1,00 mm
S/ REVEST. S/ REVEST. S/ REVEST.
máximo
605
661
705
402
648
462
523
573
648
média
561
597
637
343
626
422
513
561
642
mínimo
516
531
599
280
551
398
505
541
634
ESPESSURA (MESMO REVESTIMENTO)
Figura 58 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto, mesmo revestimento
141
Tabela 38 – Análise Variância, Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 0,8 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
0,80 mm
Soma dos
quadrados
0,40
3,87
4,27
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
CISALHAMENTO
BZ
SEM REVEST.
BGA
Quadrado médio
F
Fa
Significância
0,202
0,143
1,41
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 39p – Análise Variância, Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 0,9 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
0,90 mm
Soma dos
quadrados
237,08
126,52
363,60
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
CISALHAMENTO
BZ
SEM REVEST.
BGA
Quadrado médio
F
Fa
Significância
118,541
4,686
25,30
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 40 – Análise Variância, Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 1,0 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
1,00 mm
Soma dos
quadrados
381,04
66,88
447,92
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
CISALHAMENTO
BZ
BGA
BARE
Quadrado médio
F
Fa
Significância
190,519
2,477
76,91
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Cisalhamento - Junção por Solda Ponto + Adesivo
mesma espessura, variando revestimento
40,00
TENSÃO (MPa)
35,00
30,00
25,00
20,00
BGA
0,80 mm
BZ
0,80 mm
sem revest.
0,80 mm
BGA
0,90 mm
BZ
0,90 mm
sem revest.
0,90 mm
BGA
1,00 mm
BZ
1,00 mm
sem revest.
1,00 mm
máximo
26,81
26,94
26,45
36,68
36,14
28,44
30,51
36,63
31,75
média
26,01
26,29
26,11
29,76
34,57
27,90
27,13
35,74
30,20
mínimo
25,20
25,48
25,55
23,08
32,97
27,55
22,59
34,09
28,83
REVESTIMENTO (MESMA ESPESSURA)
Figura 59 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto + adesivo, mesma espessura
142
Tabela 41 – Análise Variância, Cisalh., solda ponto + adesivo, revest BGA
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
REVESTIMENTO
BGA
ESPESSURA
Soma dos
quadrados
74,25
173,40
247,65
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
37,126
6,422
CISALHAMENTO
0,9 mm
0,8 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
5,78
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 42 – Análise Variância, Cisalh., solda ponto + adesivo, revest BZ
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
REVESTIMENTO
Soma dos
quadrados
531,30
16,16
547,46
BZ
Graus de
Liberdade
2
27
29
ESPESSURA
0,8 mm
Quadrado
médio
265,649
0,599
CISALHAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
443,74
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 43 – Análise Variância, Cisalh., solda ponto + adesivo, sem revest.
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
REVESTIMENTO
S/ REVEST.
ESPESSURA
Soma dos
quadrados
84,21
7,70
91,92
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
42,107
0,285
CISALHAMENTO
0,9 mm
0,8 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
147,62
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Cisalhamento - Junção por Solda Ponto + Adesivo
mesmo revestimento, variando espessura
40,00
TENSÃO (MPa)
35,00
30,00
25,00
20,00
0,8 mm
BGA
0,9 mm
BGA
1,0 mm
BGA
0,8 mm
BZ
0,9 mm
BZ
1,0 mm
BZ
0,8 mm
0,9 mm
1,0 mm
S/ REVEST. S/ REVEST. S/ REVEST.
máximo
26,81
36,68
30,51
26,94
36,14
36,63
26,45
28,44
31,75
média
26,01
29,76
27,13
26,29
34,57
35,74
26,11
27,90
30,20
mínimo
25,20
23,08
22,59
25,48
32,97
34,09
25,55
27,55
28,83
ESPESSURA (MESMO REVESTIMENTO)
Figura 60 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto + adesivo, mesmo revestimento
143
Tabela 44 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, espessura 0,8 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
0,80 mm
Soma dos
quadrados
0,01
3,55
3,56
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
BGA
DESPELAMENTO
BZ
S/ REVEST.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
0,005
0,132
0,04
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 45 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, espessura 0,9 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
0,90 mm
Soma dos
quadrados
2,13
2,98
5,11
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
BGA
DESPELAMENTO
BZ
S/ REVEST.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
1,065
0,110
9,64
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 46 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, espessura 1,0 mm
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
1,00 mm
Soma dos
quadrados
5,64
15,51
21,15
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
BGA
DESPELAMENTO
BZ
S/ REVEST.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
2,820
0,575
4,91
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Despelamento - Junção por Adesivo
mesma espessura, variando revestimento
6,00
TENSÃO (MPa)
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
BGA
0,80 mm
BZ
0,80 mm
sem revest.
0,80 mm
BGA
0,90 mm
BZ
0,90 mm
sem revest.
0,90 mm
BGA
1,00 mm
BZ
1,00 mm
sem revest.
1,00 mm
máximo
2,44
2,27
2,77
2,17
2,60
2,99
4,47
6,00
3,84
média
1,94
1,96
1,98
1,76
2,15
2,41
3,31
4,16
3,19
mínimo
1,15
1,27
1,31
1,36
1,85
1,67
2,09
3,55
1,68
REVESTIMENTO (MESMA ESPESSURA)
Figura 61 – Gráfico, despelamento, adesivo, mesma espessura
144
Tabela 47 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, revest. BGA
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
REVESTIMENTO
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
14,28
7,62
21,90
BGA
ESPESSURA
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
7,142
0,282
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
0,8 mm
F
Fa
Significância
25,32
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 48 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, revest. BZ
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
REVESTIMENTO
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
29,64
6,33
35,96
BZ
ESPESSURA
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
14,819
0,234
0,8 mm
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
F
Fa
Significância
63,26
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 49 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, sem revest.
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO
REVESTIMENTO
Fonte de
Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
7,49
7,96
15,45
S/ REVEST.
ESPESSURA
Graus de
Liberdade
2
27
29
Quadrado
médio
3,747
0,295
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
0,8 mm
F
Fa
Significância
12,71
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Despelamento - Junção por Adesivo
mesmo revestimento, variando espessura
6,00
TENSÃO (MPa)
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,8 mm
BGA
0,9 mm
BGA
1,0 mm
BGA
0,8 mm
BZ
0,9 mm
BZ
1,0 mm
BZ
0,8 mm
0,9 mm
1,0 mm
S/ REVEST. S/ REVEST. S/ REVEST.
máximo
2,44
2,17
4,47
2,27
2,60
6,00
2,77
2,99
3,84
média
1,94
1,76
3,31
1,96
2,15
4,16
1,98
2,41
3,19
mínimo
1,15
1,36
2,09
1,27
1,85
3,55
1,31
1,67
1,68
ESPESSURA (MESMO REVESTIMENTO)
Figura 62 – Gráfico, despelamento, adesivo, mesmo revestimento
145
Tabela 50 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , esp. 0,8 mm
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
0,80 mm
Soma dos
quadrados
74020,84
12672,84
86693,67
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
BGA
DESPELAMENTO
BZ
sem revest.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
37010,418
469,364
78,85
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 51 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , esp. 0,9 mm
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
0,90 mm
Soma dos
quadrados
4130,69
8946,84
13077,52
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
BGA
DESPELAMENTO
BZ
sem revest.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
2065,344
331,364
6,23
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 52 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , esp. 1,0 mm
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
ESPESSURA
1,00 mm
Soma dos
quadrados
8289,44
7701,78
15991,22
Graus de
Liberdade
2
27
29
REVESTIMENTO
BGA
DESPELAMENTO
BZ
sem revest.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
4144,718
285,251
14,53
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Despelamento - Junção por Solda Ponto
mesma espessura, variando revestimento
250
TENSÃO (MPa)
200
150
100
50
0
BGA
0,80 mm
BZ
0,80 mm
sem revest.
0,80 mm
BGA
0,90 mm
BZ
0,90 mm
sem revest.
0,90 mm
BGA
1,00 mm
BZ
1,00 mm
sem revest.
1,00 mm
máximo
170
69
200
161
165
187
184
169
164
média
124
43
162
134
124
152
160
121
151
mínimo
108
6
130
124
80
118
128
90
141
REVESTIMENTO (MESMA ESPESSURA)
Figura 63 – Gráfico, despelamento, solda ponto, mesma espessura
146
Tabela 53 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , revest. BGA
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
6689,42
6155,14
12844,57
ESPESSURAS
BGA
Graus de
Liberdade
2
27
29
0,80 mm
DESPELAMENTO
0,90 mm
1,00 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
3344,712
227,968
14,67
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 54 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , revest. BZ
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
41928,41
14828,62
56757,02
BZ
ESPESSURAS
Graus de
Liberdade
2
27
29
0,80 mm
DESPELAMENTO
0,90 mm
1,00 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
20964,203
549,208
38,17
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 55 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , sem revest.
Quadro da Análise de Variância
SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Entre Amostras
Residual
Total
Soma dos
quadrados
733,38
8447,65
9181,03
sem revest.
Graus de
Liberdade
2
27
29
ESPESSURAS
0,80 mm
DESPELAMENTO
0,90 mm
1,00 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
366,692
312,876
1,17
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Despelamento - Junção por Solda Ponto
mesmo revestimento, variando espessura
200
TENSÃO (MPa
150
100
50
0
0,80 mm
BGA
0,80 mm
BGA
0,80 mm
BGA
0,90 mm
BZ
0,90 mm
BZ
0,90 mm
BZ
1,00 mm
sem revest.
1,00 mm
sem revest.
1,00 mm
sem revest.
máximo
170
161
184
69
165
169
200
187
164
média
124
134
160
43
124
121
162
152
151
mínimo
108
124
128
6
80
90
130
118
141
ESPESSURA (MESMO REVESTIMENTO)
Figura 64 – Gráfico, despelamento, solda ponto, mesmo revestimento
147
Tabela 56 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , esp. 0,8 mm – parc. Ades.
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA ADESIVO
ESPESSURA
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
0,02
3,40
3,42
.
0,80 mm
REVESTIMENTO
Graus de
Liberdade
2
27
29
DESPELAMENTO
BZ
SEM REVEST.
BGA
Quadrado médio
F
Fa
Significância
0,010
0,126
0,08
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 57 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , esp. 0,9 mm – parc. Ades.
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA ADESIVO
ESPESSURA
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
4,86
5,12
9,98
0,90 mm
REVESTIMENTO
Graus de
Liberdade
2
27
29
DESPELAMENTO
BZ
SEM REVEST.
BGA
Quadrado médio
F
Fa
Significância
2,429
0,190
12,81
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 58 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , esp. 1,0 mm – parc. Ades.
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA ADESIVO
ESPESSURA
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
3,97
5,80
9,76
5,00
1,00 mm
REVESTIMENTO
Graus de
Liberdade
2
27
29
BGA
DESPELAMENTO
BZ
SEM REVEST.
Quadrado médio
F
Fa
Significância
1,983
0,215
9,24
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Despelamento - Junção por Solda Ponto + Adesivo (parcela ADESIVO)
mesma espessura, variando revestimento
4,50
TENSÃO (MPa)
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
BGA
0,80 mm
BZ
0,80 mm
BARE
0,80 mm
BGA
0,90 mm
BZ
0,90 mm
BARE
0,90 mm
BGA
1,00 mm
BZ
1,00 mm
BARE
1,00 mm
máximo
3,33
3,40
3,22
3,16
4,59
3,68
3,86
3,75
4,72
média
2,63
2,58
2,54
3,00
3,68
3,13
3,20
3,10
3,81
mínimo
2,11
2,23
2,15
2,79
2,90
2,57
2,63
2,00
2,68
REVESTIMENTO (MESMA ESPESSURA)
Figura 65 – Gráf., desp., solda pto + adesivo, parcela adesivo, mesma espessura
148
Tabela 59 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , ver. BGA – parc. Ades.
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA ADESIVO
REVESTIMENTO
BGA
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
1,70
3,78
5,48
ESPESSURAS
Graus de
Liberdade
2
27
29
0,8 mm
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
0,850
0,140
6,06
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 60 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , ver. BZ – parc. Ades.
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA ADESIVO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
6,05
7,22
13,28
BZ
ESPESSURAS
Graus de
Liberdade
2
27
29
0,8 mm
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
3,026
0,268
11,31
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 61 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , s / reves. – parc. Ades.
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA ADESIVO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
8,69
5,14
13,84
S/ REVEST.
Graus de
Liberdade
2
27
29
ESPESSURAS
0,8 mm
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
4,347
0,191
22,81
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Despelamento - Junção por Solda Ponto + Adesivo (parcela ADESIVO)
mesmo revestimento, variando espessura
4,50
TENSÃO (MPa)
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
0,8 mm
BGA
0,9 mm
BGA
1,0 mm
BGA
0,8 mm
BZ
0,9 mm
BZ
1,0 mm
BZ
0,8 mm
0,9 mm
1,0 mm
S/ REVEST. S/ REVEST. S/ REVEST.
máximo
3,33
3,16
3,86
3,40
4,59
3,75
3,22
3,68
4,72
média
2,63
3,00
3,20
2,58
3,68
3,10
2,54
3,13
3,81
mínimo
2,11
2,79
2,63
2,23
2,90
2,00
2,15
2,57
2,68
ESPESSURA (MESMO REVESTIMENTO)
Figura 66 – Gráf., despel., solda pto + adesiv., parc. adesivo, mesmo revest.
149
Tabela 62 – Ana.. Var., Despel., ades.+solda pto , revest BGA. – parc. solda pto
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
866,64
2685,25
3551,89
ESPESSURAS
BGA
Graus de
Liberdade
2
27
29
0,8 mm
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
433,321
99,454
4,36
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 63 – Ana.. Var., Despel., ades.+solda pto , revest BZ. – parc. solda pto
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
35560,60
21760,40
57321,00
BZ
ESPESSURAS
Graus de
Liberdade
2
27
29
0,8 mm
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
17780,300
805,941
22,06
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Tabela 64 – Ana.. Var., Despel., ades.+solda pto , s/ revest – parc. solda pto
Quadro da Análise de Variância
ADESIVO + SOLDA PONTO
PARCELA SOLDA PONTO
REVESTIMENTO
Fonte de Variação
Soma dos quadrados
Entre Amostras
Residual
Total
2643,84
2635,68
5279,52
S/ REVEST.
Graus de
Liberdade
2
27
29
ESPESSURAS
0,8 mm
DESPELAMENTO
0,9 mm
1,0 mm
Quadrado médio
F
Fa
Significância
1321,921
97,618
13,54
5,49
3,35
2,51
0,01
0,05
0,10
Despelamento - Junção por Solda Ponto + Adesivo (parcela SOLDA PONTO)
mesmo revestimento, variando espessura
250,00
TENSÃO (MPa)
200,00
150,00
100,00
50,00
0,8 mm
BGA
0,9 mm
BGA
1,0 mm
BGA
0,8 mm
BZ
0,9 mm
BZ
1,0 mm
BZ
0,8 mm
0,9 mm
1,0 mm
S/ REVEST. S/ REVEST. S/ REVEST.
máximo
134,11
147,84
132,56
126,05
241,21
217,16
160,71
151,09
180,09
média
116,13
128,87
119,60
99,86
166,30
178,07
140,30
144,31
160,64
mínimo
106,67
114,45
106,10
58,99
132,56
151,37
120,39
134,96
146,42
ESPESSURA (MESMO REVESTIMENTO)
Figura 67 – Gráf., despel., solda pto + adesivo, parc. solda pto , mesmo revest.
150
6. CONCLUSÕES
Tendo em vista os materiais e ensaios realizados, a primeira conclusão nas
diferentes combinações se refere a geometria dos CP e sua influência na rigidez,
no momento exato do carregamento de cisalhamento, que na menor espessura
está mais suscetível a interferência de outras formas e não somente do
cisalhamento puro em função da espessura que não oferece resistência a este giro
conforme já discutido e mostrado na Figura 22. No momento do giro outras
formas influenciam para o menor valor de Tensão final.
Pudemos notar, na análise do Teste de Cisalhamento com o adesivo, que fixando
a espessura de 0,8 mm e variando o revestimento, os valores das médias
encontradas mesmo diferentes numericamente são correlacionados logo
indiferente a variação do revestimento o resultado será o mesmo.
Analisando o revestimento BGA, se mostra o de pior resultado nas espessuras de
0,9 e 1,0 mm e esta tendência se confirmará em outros processos de junção e nos
dois tipos de testes.
O revestimento BZ, por sua vez, mostra melhores resultados que quando
comparados aos outros e no todo se confirma este resultado positivo.
Foi identificado pelos resultados numéricos a influência da camada de óxido
formada logo acima do revestimento final. No caso do BZ, o processo de imersão
no zinco permite uma camada definida do revestimento e sobre este o óxido de
zinco que possui a característica de boa aderência ao revestimento. O adesivo
agindo sobre esta camada permite resultado satisfatório da transferência de
carregamento. No caso da chapa nua (sem revestimento) o óxido de ferro que se
forma não oferece a mesma taxa de transferência de carregamentos em função da
característica de desplacamento deste óxido e os resultados numéricos
apresentam a evidência de uma característica heterogênea da superfície de
contato, superfície que será adesivada. Esta heterogeneidade se apresentam na
151
forma de resultados não constantes quando é utilizado o adesivo como elemento
de junção. Por último no caso do BGA, temos a formação do óxido de zinco
associado ao óxido de alumínio, este associação não garante boa ancoragem ao
adesivo aplicado sobre a superfície.
No teste de despelamento ficou claro a importância da geometria e sua influência
na rigidez onde o CP com espessura de 0,8 mm não é afetado pelo revestimento e
possui os menores valores em comparação aos outros.
152
Sugestão para Trabalhos futuros
Durante a preparação do trabalho, em função das dúvidas que surgiram quanto a
influência ou não de determinado efeito, foram identificadas algumas
possibilidades interessantes de trabalhos a serem desenvolvidos no campo da
aplicação do adesivo como elemento de junção e sua associação a solda a ponto.
A influência na qualidade do ponto de solda quando aplicado o adesivo como
também a formulação mais indicada do adesivo que permita a passagem
adequada das corrente porém sem estimular a corrosão ou tornar-se quebradiço.
A relação da aplicação do adesivo no resultado de corrosão acelerada, no inicio
do trabalho foi até previsto a preparação corpos de prova e a submissão aos testes
de corrosão acelerada porém o prazo disponível não seria suficiente para finalizar
a análise. Com o atual desenvolvimento das analises virtuais de esforços e
durabilidade, o conhecimento detalhado da real participação do adesivo
estrutural na formação da carroceria, especificamente no que diz respeito a fadiga
(durabilidade das estruturas) seria de grande utilidade.
153
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
“Standard Terminology of Adhesives”, D 907, Annual Book of ASTM
Standards, American Society for Testing and Materials.
[2]
Laurie, A . P., “Materials of the Painters Craft,” London, Poulis, 1910.
[3]
Gettens, R. J., and Stout, G. L., “Painting Materials,” New York, Van
Nostrand Reinhold, 1942.
[4]
Pocius, Alphonsus V. “Adhesion and Adhesives Technology – An
Introduction”, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, 1997.
[5]
Skeist, Irving – Handbok of Adhesives, 2nd ed.–1977.Van Nostrand
Reinhold, New York.
[6]
Brinson, H.F.(Ed.) Engineered Materials Handbook : Adhesives and
Sealants. New York: ASM International, volume 3, 1990.
[7]
R. D. Adams and W. C. Wake, Structural Adhesive Joints in Engineering,
1984.
[8]
S. A. Zahir, Advances in Organic Coating Science and Technology, vol.
IV, Technomic, 1982, p83.
[9]
F. Ricciardi, W. Romanchik, and M. Joullie, J. Polym. Sci A, Polym.
Chem., vol. 21, 1983, p1475.
[10]
A. H. Landrock, Adhesives Technology Handbook, Noyes Publications,
1985, p15.
[11]
Adhesive
bonding,
MIL-HDBK-691B,
military
Standardization
Handbook, U.S. Department Defense, 1987, p.47-100.
[12]
F. Keimel, “Adhesion Science and Technology,” Paper presented at
seminar, The Center for Professional Advancement, East Brunswick, NJ, April
1989.
[13]
Standard Test Method for Storage Life of Adhesives by Consistency and
Bond Strength, D 1337, Annual Book of ASTM Standards, American Society for
Testing and Materials.
154
[14]
Zisman, W. A. , “Relation of Chemical Constitution to Wetting and
Spreading of Liquids on Solids,” p. 30 in “ A decade of Basic and applied
Science in Navy,” U.S. Govt. Printing Office, Washington, D. C., 1957.
[15]
AWS – American Welding Society, 1995. Welding handbook, volume 2,
8th edition.
[16]
GMB – material ilustrativo, São Caetano do Sul, SP – Brasil, Julho 2005.
[17]
Hartshorn, S R., ed. ”Structural adhesives: chemistry and technology.”
New York: plenum Press,1986.
[18]
“Structural adhesives: developments in resins and primers.” London:
Applied Science Publishers, 1986.
[19]
“Adhesion and adhesives: science and technology.” London: Chapman
and Hall, 1987.
[20]
Y.F.Chang, M.F.Milewski, and K.P.Tremonti, in Adhesives Technology
for Automotive Engineering Applications, Proceedings of the SME Conference,
Society of Manufacturing Engineers., AD87-527, Out. 1987.
[14]
R.E. Horton, W.M. Scardino, and H. Croop, “Adhesive Bonded
Aerospace Structures Standardized Repair Handbook”, contract AF 33615-73-C5171, U.S. Air Force Flight Dynamics Laboratory, 1973.
[22]
Polymer
Matrix
Composites,
Vol.1,MIL-HDBK-17,
Military
Standardization Handbook, U.S. department of Defense, Jun. 1989.
[23]
Chao, Y. J., 2003, Ultimate Strength and Failure Mechanism of
Resistance Spot Weld Subjected to Tensile, Shear, or Combined Tensile/Shear
Loads, Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 125, pp. 125 –
132.
[24]
Relatório 2003 do IWU – Fraunhofer Institute – Chemnitz, Alemanha
[25]
Heuschkel, J., 1952. The expression of spot-weld properties. Welding
Journal 31, pp. 931 – 943.
[26]
Sawhill, J. M., Furr, S. S., 1981. Spot weldability tests for high-strength
steels. SAE Technical Paper n° 810352. Society of Automotive Engineers,
Warrendale, PA.
155
[27]
Lin, S – H., Pan, S. -R. Wu, Tyan, T., Wung, P., 2001. Failure loads of
spot welds under combined opening and shear static loading conditions.
International Journal of Solids and Structures 39, pp. 19 – 39.
[28]
RWMA - Resistance Welders Manufacturers’ Association, 1989, 4th Ed.
[29]
General Motors - North America Design Standards Resistance Spot
Welding, WS-1, 2003, NA Controls, Robotic & Welding; AWS,Welding
Handbook,7th ed.,vol. 3.
[30]
TWI
–
World
Centre
for
Materials
Joining
Technology;
http://www.twi.co.uk/j32k/protected/band_3; knowledge summary.
[31]
“A Comparison of the resistance spot weldability of bare, hot-dipped,
galvannealed, and electro-galvanized DQSK sheet steels.” SAE Technical Paper
Series No. 880280. Warrendale, Pa, 1988.
[32]
Catálogo técnico – OBARA Corp.- Japão
[33]
http://www.graco.com/Internet/T_PDB.nsf/SearchView/Check-Mate1000
(22 junho 05)
[34]
http://www.graco.com/Internet/T_PDB.nsf/SearchView/Ultra-
lite4000and4000SD (22 junho 2005)
[35]
GMB Norma EMSME 1508,” Cold Rolled Carbon Steel Sheets, Coated
or Uncoated , for Drawing.” Jun. 1995.
[36]
GMB Norma EMS 09.310.015 “Sheet Metal Oiled” Jun. 1994.
[37]
GMB Norma EMS09.309.579 “Structural Hem Flange Adhesive“ Abr.
1998.
[38]
“Standard Test Method for Strength Properties of Adhesives in Shear by
Tension Loading (Metal to Metal)”, D 1002 – 72 (reapproved 1983), Annual
Book of ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, 1983.
[39]
“Standard Test Method for Peel Resistance of Adhesives (T- Peel Test)”,
D 1876 - – 72 (reapproved 1983), Annual Book of ASTM Standards, American
Society for Testing and Materials, 1983.
[40]
OPEL, Engineering Standard QT 001130,” General Specification All
Vehicle, Pressure Welded Joints”. Nov. 2002.
[41]
Nota fiscal CP1, esp. 0,80 mm – revest. BGA, CSN – Galvasud
[42]
Nota fiscal CP2, esp. 0,80 mm – revest. BZ - VEGA do SUL
156
[43]
Nota fiscal CP3, esp. 0,80 mm – sem revest. - USIMINAS
[44]
Nota fiscal CP4, esp. 0,90 mm – revest. BGA - VEGA do SUL
[45]
Nota fiscal CP5, esp. 0,90 mm – revest. BZ - CSN – GALVASUD
[46]
Nota fiscal CP6, esp. 0,90 mm – sem revest. - CSN
[47]
Nota fiscal CP7, esp. 1,00 mm – revest. – BGA - VEGA do SUL
[48]
Nota fiscal CP8, esp. 1,00 mm – revest. – BZ - CSN – GALVASUD
[49]
Nota fiscal CP9, esp. 1,00 mm – sem revest. – USIMINAS
[50]
Colauto Adesivos e Massas , Julho 2005, SP, BR.
[51]
Costa Neto, Pedro Luís de Oliveira, 1939- Estatística, São Paulo, Edgard
Blucher, 1977.