CESOL 2015 - FADIGA DE JUNTAS SOLDADAS

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Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota



Ciclos

(EM JUNTAS SOLDADAS)

FADIGA DOS METAIS

“Fadiga é a ruptura de componentes, sob uma carga bem

inferior à carga máxima suportada pelo material, devido a

solicitações cíclicas repetidas.”

“Fadiga é a ruptura de componentes, sob uma carga bem

inferior à carga máxima suportada pelo material, devido a

solicitações cíclicas repetidas.”

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CICLOS DE TENSÃO TÍPICOS EM FADIGA

 O INTERVALO DE TENSÕES: r = máx.- mín.  A TENSÃO ALTERNADA: a = r/2

 A TENSÃO MÉDIA: m = máx. + mín.

2

a) TENSÃO ALTERNADA OU REVERSA



=



-





= 2





. = -





=



+



2



=



-



2



= 0



=



-



2



=



- (-



)

2



= 2



2



=



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PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA

Vida em fadiga (N

): corresponde ao número de ciclos

necessários para ocorrer a falha em um nível de tensão

específico.

Qual a tensão máx. e mín. na bicicleta?

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Cada pedalada 3 giros da roda e distância percorrida

Igual a 3..D (diâmetro da roda) = 3 x 3,14 x 0,8m = 7,53m

(Transmissão: Coroa maior 3 vezes a coroa menor)

Pedaleira com firma-pé

Resposta:

Sem utilizar a pedaleira com firma-pé:

Tensão máx. o peso do ciclista.

7 m _m _a _a _{a } m















= 2





m = (2



+ 0)

2



=





FADIGA ALEATÓRIA

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FATORES QUE INFLUENCIAM A VIDA EM FADIGA

Tensão Média:

o aumento do nível médio de tensão leva

a uma diminuição da vida útil

T

en

sã

o

a

lt

er

n

a

d

a



Log número de ciclos N

₁ ₂





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LIMITE DE FADIGA

Limite de Fadiga

Etapas no desenvolvimento de um material com limite de fadiga:

A (metal puro)

B (efeito de elementos de liga no endurecimento por solução sólida)

C (limite de fadiga devido o endurecimento por deformação plástica)

D (limite de fadiga devido o endurecimento por envelhecimento)

11 T en sã o al te rn ad a



Log número de ciclos N

A B C D T en sã o A lt er n ad a M P a A B C D

Qual o material natural mais resistente a

fadiga?

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Estrias de fadiga - MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura)

O espaçamento entre estrias quantifica o crescimento da trinca em

cada ciclo. A trinca estava se propagando numa taxa de  1m/ciclo.

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1m/ciclo Marcas de praia

FADIGA DA INTENSA VIBRAÇÃO (RESSONÂNCIA)

Em física, ressonância é a tendência de um sistema a oscilar em máxima

amplitude em certas frequências conhecidas como frequências ressonantes ou frequências naturais do sistema. Nessas frequências, até mesmo forças

periódicas pequenas podem produzir vibrações de grande amplitude, pois o sistema armazena energia vibracional

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A amplitude de oscilação da ponte

passará a ser dada pela superposição das duas ondas:

Ponte Tacoma Narrows

Se a ponte não tiver uma resistência que suporte a amplitude do movimento, esta sofrerá danos podendo até ser destruída como a ponte Tacoma Narrows.

Ressonância:

Se a frequência natural de oscilação do sistema e as excitações constantes sobre ele estiverem sob a mesma frequência, a energia do sistema será aumentada, fazendo com que vibre com amplitudes cada vez maiores

Um caso muito famoso deste fenômeno foi o rompimento da ponte Tacoma Narrows, nos Estados Unidos, em 7 de novembro de 1940. Em um determinado momento o vento

começou soprar com frequência igual à natural de oscilação da ponte, fazendo com que esta começasse a aumentar a amplitude de suas vibrações até que sua estrutura não pudesse mais suportar, fazendo com que sua estrutura rompesse.

Imagine que esta é uma ponte construída no estilo pênsil, e que sua frequência de oscilação natural é dada por:

Ao ser excitada periodicamente, por um vento de frequência:

INFLUÊNCIA DA RUGOSIDADE NA FADIGA

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Tabela - Vida em fadiga de amostras de aço SAE 3130

ensaiado em tensão alternada (

= 0) a 670MPa.

Tipo de acabamento Rugosidade da

Superfície,  Vida média emFadiga, ciclos

Torneado 2,67 24.000

Polido manualmente 0,13 137.000

Retificado 0,18 217.000

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INFLUÊNCIA DO

PROCESSO DE

FABRICAÇÃO

FATOR DE CONCENTRAÇÃO DE TENSÃO

OU FATOR DE FORMA

CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES

CÁLCULO POR ELEMENTOS FINITOS

22

23

ERROS DE PROJETO

ANALISE DA FRATURA POR FADIGA

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Eixo em aço SAE 1040 com 30HRC de dureza, com rasgo de chaveta, que falhou por fadiga.

A origem da trinca se deu no ponto de concentração de tensões do rasgo e se propagou por fadiga por toda seção, como mostram as beach marks, estas estrias transversais que se propagam do rasgo em direção da seção onde houve a fratura final.

A textura da fratura final é rugosa e ocorreu rapidamente quando a seção resistente já não suportava os esforços.

Eixo em aço SAE 1040 com 30 HRC de dureza, com rasgo de chaveta, que falhou por fadiga.

A origem da trinca se deu no ponto de concentração de tensões do rasgo e se propagou por fadiga por toda seção

Fratura por fadiga

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Eixo de moenda fraturado por fadiga durante a safra O aspecto da superfície de fratura de praticamente todos os eixo fraturados

indica propagação de trincas por fadiga e superdimensionamento do eixo, ou seja, a área tomada pela propagação das trincas é muito maior que a da

INFLUÊNCIA DO SHOT PEENED

Aumento da compressão superficial

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Superposição das tensões

Aplicada e residual

32

Diagrama de Goodman

34



= 2





=



Quando



Método alternativo de

apresentar o diagrama de

Goodman

PROGRAMA DE CÁLCULO DE FADIGA

35

GAC SOLUÇÕES LTDA

Teste de Fadiga

39 Suspensão automotiva em teste Amortecedor hidráulico em serviço

A suspensão tem as seguintes funções distintas:  Mantém o nível correto da altura do veículo.  Reduz o efeito de impacto da estrada.

 Mantém o alinhamento correto do veículo. Quando um veículo atinge a marca

aproximada de 40.000 km recomenda-se a troca preventiva dos amortecedores.

AMORTECEDORES COMO ELEMENTO DE SUSPENSÃO

O ar é substituído internamente pelo gás nitrogênio. A presença do gás nitrogênio evita a formação de Bolhas de ar no óleo

Os amortecedores pressurizados proporcionam ao veículo rodagem confortável, porém com

ENSAIO DE CORROSÃO-FADIGA

RESULTADOS DO ENSAIO CORROSÃO-FADIGA

42 Corrosão-fadiga do metal de solda, Inconel 625

observa-se que até a carga de 375 MPa não há ruptura por

Falhas em componentes mecânicos devido à

fadiga do material

FADIGA EM JUNTAS SOLDADAS

REDUÇÃO DAS TENSÕES INTERNAS

45

1°) Redução das tensões internas através de Tratamento

Térmico de Alívio de Tensões.

REDUÇÃO DAS TENSÕES INTERNAS

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2°) Redução da tensão residuais através de deformação

plástica.

Como aumentar a resistência à Fadiga

de uma Junta Soldada.

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Duas grandezas podem medir a resistência

À fadiga do cordão da junta soldada.

 = Raio no pé do cordão

 = Ângulo da concordância no pé do cordão

Quando

 e   Resistência a Fadiga

Acabamento do último passe

Eletrodo (pó de ferro)

TIG dresing

Usinagem do cordão

USINAGEM DO CORDÃO

50

51

INFLUÊNCIA DO ACABAMENTO NA RESISTÊNCIA

A FADIGA DO CORDÃO

OBS.: Esses tratamentos são eficazes apenas para baixas tensões,

porque para altas tensões as curvas convergem

CONTROLE DE QUALIDADE

CONSEQUÊNCIAS DA FADIGA

ACIDENTES

Vasos de pressão, fuselagem de aviões, pás de turbinas,

fundações e pilares de pontes de concreto armado, etc.

CUSTOS

National Bureau of Standards,1982:US$ 120 bilhões por ano

Economia de US$ 35 bilhões por ano se tecnologia existente

fosse aplicada.

Economia de US$ 28 bilhões por ano se tecnologia em

desenvolvimento fosse aplicada.

CONCURSO PÚBLICO Eletrobrás Termonuclear S.A.

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JEEP PRODUZINDO PELA FIAT EM PERNAMBUCO