1
COLAGEM APLICADA A INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA.
Alunos: Antonio Rodrigues e Vitor Antoniazzi. Orientador: Ivani de S. Bott.
Co-Orientador: José Roberto D’Almeida.
Introdução
A ideia de se unir corpos sólidos por meio de colagem, já existe há muito tempo. Tudo começou com o uso de colas animais e vegetais, para a colagem de materiais porosos. Entretanto, logo se percebeu que estas apresentavam fraca resistência a umidade[1].
As vantagens oferecidas pelas colas adesivas às indústrias são muito grandes, no entanto havia necessidade de uma melhora nas propriedades dos adesivos, para que pudesse realmente atender as necessidades industriais. Com isso, as inovações e estudos foram, aos poucos, desenvolvendo novos adesivos que atendessem cada vez melhor estas necessidades. Uma destas é a colagem de metais, que tem beneficiado muito a indústria automobilística, por exemplo.
Uma das principais vantagens dos adesivos em geral é poder unir materiais similares e dissimilares sem deixar de fornecer rigidez às juntas. Mas, para que as juntas funcionem como o esperado, é preciso conhecer as propriedades do adesivo, o processo de cura da colagem e levar em conta fatores que possam limitar a utilização deste, ou seja, as condições do ambiente. Tão importante quanto conhecer o adesivo, é conhecer o aderente, isto é, a superfície na qual será aplicada a cola. Geralmente, a condição da superfície do aderente influi diretamente para uma boa união e durabilidade das juntas[2]. Dentre outras vantagens, a colagem também apresenta um custo que pode ser considerado baixo, além de ser de relativamente fácil aplicação e possibilitar soluções inovadoras nas indústrias, com destaque para a automobilística e aeronáutica.
No caso da produção da carroceria de automóveis, a qual é realizada por chapas de aço cuja espessura pode variar entre 0,5 a 2,0 mm, pode-se utilizar a colagem para formar uma unidade que permita gerar o automóvel como um todo. Essa colagem (Adhesive Bonding) de aços é o objeto de estudo deste trabalho.
No atual estágio do trabalho, estão sendo caracterizadas as superfícies de dois aços do tipo DP (Dual Phase),o DP600 e o DP780, ambos em três distintas condições de superfície para a realização de ensaio mecânico de cisalhamento: lixados com lixa de granulometria 100; atacados com Nital 2%; e lixados e atacados respectivamente.
TABELA 1 – Condições da Superfície
Superfície Condição
1 Lixamento com Lixa #100
2 Lixamento com Lixa #100 + Ataque com Reagente Nital 2%
2 compreender o comportamento do material aderente em si. Só então, poderão ser avaliadas as relações entre adesivos e aderentes (aços), ou seja, as juntas. Entretanto, é importante destacar que o trabalho abordará a relação aderente/adesivo de forma a avaliar as mais diversas condições. Deste modo, será determinada a condição na qual a junta apresenta a maior resistência ao cisalhamento.
Métodos Experimentais para a Caracterização das Superfícies Aderentes
A. Rugosidade
A rugosidade é um aspecto de relevância significativa para a adesão. Isto ocorre porque existe uma correlação entre a rugosidade das superfícies e a resistência da junta. A rugosidade superficial apresenta-se como importante parâmetro micro geométrico, na busca de melhores desempenhos de processos e produtos onde a rugosidade pode representar um fator fundamental do desempenho da junta adesivada.
Para o teste de rugosidade, é importante saber que a linha média de medida é disposta paralelamente à direção geral do perfil, de modo que as áreas superiores e inferiores a linha média sejam iguais. As médias aritmética (Ra – roughness arithmetic) e quadrática (Rq – roughness quadratic) são medidas importantes que ajudam a avaliar a rugosidade da superfície em questão. A média aritmética é o parâmetro geralmente utilizado para medição de rugosidade, em que grandes picos e vales não são destacados com muita importância. Já na média quadrática a detecção de picos e vales na superfície analisada é evidenciada, visto que o desvio envolve um termo quadrado, o que acentua as discrepâncias.
Os dados de rugosidade obtidos para as amostras dos aços em estudo foram realizadas através de um instrumento óptico (Microscópio Óptico). Neste caso, a rugosidade é medida pela reflexão da radiação eletromagnética, em que radiações de diferentes comprimentos de onda são refletidas de formas distintas, de acordo com a rugosidade da superfície avaliada.
Resultados e discussão
As imagens 3D abaixo foram geradas através de um Microscópio Óptico axio imager M2m, com resolução 1292 x 968 pixels, objetiva de 20x e uma câmera axiocam MRc5. As imagens 3D foram construídas através de uma sobreposição de imagens com distâncias focais diferentes. Nessa imagem pode-se observar os picos e vales de cada amostra em sua respectiva condição. Em cada amostra tomaram-se três pontos aleatórios e distantes uns dos outros a fim de estimar-se a rugosidade nas superfícies.
3
Figura 1: Imagem e medidas da rugosidade da superfície do aço DP600 sob a condição de
lixamento com lixa #100.
Figura 2: Imagem e medidas da rugosidade da superfície do aço DP600 sob a condição de ataque
com Nital 2%.
Figura 3: Imagem e medidas da rugosidade da superfície do aço DP600 sob a condição
4
Figura 4: Imagem e medidas da rugosidade da superfície do aço DP780 sob a condição de
lixamento com lixa #100.
Figura 5: Imagem e medidas da rugosidade da superfície do aço DP780 sob a condição de ataque
com Nital 2%.
Figura 6: Imagem e medidas da rugosidade da superfície do aço DP780 sob a condição de,
5 Para todos os ensaios foram realizadas três medidas em regiões distintas e então foi tirada uma média para estes valores. A superfície do aço DP600 mostrou uma maior rugosidade quando submetida somente ao ataque químico, com uma média de 2,62 µm. Já o mesmo material submetido somente a lixa obteve 2,21µm e quando lixado e atacado, obteve 2,13 µm. A superfície do aço DP780 também se destacou em termos de rugosidade quando submetida ao ataque químico, apresentando uma média de 2,40 µm, enquanto a mesma somente lixada apresentou 2,26 µm e quando lixada e atacada 2,29 µm.
Com esses dados, pudemos observar que quando submetidos a lixa #100, tanto sozinha quanto combinada com o ataque, a amostra DP780 se mostrou mais rugosa que a DP600; enquanto que na presença do ataque somente, a amostra DP600 obteve uma rugosidade maior.
No entanto, em termos de classificação de metrologia, esta diferença de rugosidade entre os dois aços não é relevante. Ambos possuem um grau de acabamento de alisamento e se encaixam na classe de rugosidade N8 [3] (classe que abrange rugosidades aritméticas de até 3.2 µm).
Lixa #100 NItal 2% Lixa #100+ Nital 2% 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Ru go sid ad e m Condição da superfície DP600 RA RQ
Figura 7: Gráfico indicando a rugosidade aritimética e quadrática da superfície DP600 nas três
6 Lixa #100 NItal 2% Lixa #100+ Nital 2%
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Ru go sid ad e m Condição da superfície DP780 RA RQ
Figura 8: Gráfico indicando a rugosidade aritimética e quadrática da superfície DP780 nas três
condições citadas.
B. Molhabilidade
Os ensaios de molhabilidade são realizados em um equipamento chamado goniômetro, um instrumento medidor de ângulos, e consiste em aplicar uma gota de um fluido (nesse caso será usado um adesivo) na superfície de interesse e, ao atingir tal superfície, é registrado através de uma câmera acoplada ao equipamento, o ângulo de contato entre a amostra e a gota. Em seguida, o programa associado ao goniômetro faz os devidos cálculos, mostrando os resultados obtidos.
A molhabilidade é avaliada pelo ângulo de contato do líquido com a superfície sólida e podemos dizer que quanto maior esse ângulo, maior a molhabilidade, i. é, mais o fluido molha a amostra. Nos ensaios, será avaliado a molhabilidade do adesivo em 3 amostras por condição de superfície para cada aço, totalizando 24 amostras de dimensão 20mmx20mm.
7
C. Ensaio de Tração
O ensaio de tração promove a aplicação de uma força em um corpo sólido gerando uma deformação do material na direção do esforço, ou seja, alongando-o. O corpo de prova é fixado a partir de garras em uma máquina que aplica esforços crescentes na direção axial, em que as deformações no corpo de prova são medidas através de um extensômetro[4]. Esse dispositivo deve ser retirado antes do rompimento para não sofrer danos. As garras tracionam a amostra enquanto um gráfico Tensão x Deformação até o rompimento é gerado por um programa residente.
Para o ensaio em questão, será necessária a usinagem de 48 amostras de 25mmx100mm, sendo 24 amostras do DP600 e 24 amostras do DP780. Elas serão usinadas de acordo com as dimensões especificadas pela norma ASTM A370 equivalentes ao subsize (última coluna – subsize specimen).
8 uma caixa de fundo plano, na qual será disposta 5 amostras lado a lado e então será espalhado um material de silicone por cima das mesmas. O fluido se enrijecerá em seguida, formando um molde que será usado para aplicarmos a cola, que quando enrijecida, será tracionada.
Um torquímetro para uma rosca de 11mm de diâmetro será adquirido e um teste será realizado utilizando um aço qualquer mas de dimensões similares,e epóxi. O objetivo seria obter a ordem de grandeza da pressão a ser aplicada na amostra quando esta for fixada no gabarito. O último passo será utilizar as amostras 25mmx100mm, já usinadas, no torquímetro. Para isso, utilizaremos um gabarito e a pressão será nivelada e aplicada nos 8 parafusos, para que não haja aplicação de pressões distintas nas placas se que serão encaixadas nele.
Conclusões
Foram determinados os parâmetros para caracterização dos aços, os quais são considerados relevantes para o comportamento da junta adesivada. Com essa etapa concluída, serão realizados ensaios para a análise da molhabilidade do aderente em relação às diferentes amostras, e por fim, as colagens com os diferentes adesivos para determinar o desempenho das juntas e desenvolver o principal objetivo do projeto:a colagem aplicada na indústria automobilística.
Referências
1 - MONTEIRO, Delfim Ferreira. Análise do comportamento a fractura de juntas de aço
efectuadas com adesivos estruturais. Universidade do Porto. Porto. 1995
2 - MARRA, Kleiner Marques, ALVARENGA, Evandro de Azevedo e VIEIRA, Sérgio Luiz.
Adesividade de Aços Laminados a Frio da Usiminas Destinados a Indústria Automobilística.
3 - TALATI, Jigar. Surface Roughness – Significance and symbol interpretation in drawing. Hexagon Design Centre. Vadodara.
4 - SOUZA, Sergio Augusto de. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. 5 Ed. São Paulo. Editora Edgard Blücher LTDA. p. 6-78
