Revista de Pesquisa Aplicada e Tecnologia – REPATEC
v. 02, n. 02, p. 21-25, jan - jul/2020. Pindamonhangaba, SP, Brasil. ISSN: 2675-3561
AVALIAÇÃO DA UNIÃO DE COMPÓSITOS TERMOPLÁSTICOS DE PEI/FIBRA DE VIDRO EM PONTO
DE SOLDA ROTATIVA
Recebimento: 03/12/2019
Aceite: 05/03/2020
RODRIGUES, Rodolfo de Oliveira 1
SILVA, Nátali Oliveira Martins da 2
MARQUES, Luís Felipe Barbosa3
ABRAHÃO, Ana Beatriz Ramos Moreira4
GUIMARÃES, Joana Toledo5
CINTRA, Isabela Luiza Rodrigues6
SILVA, Flávio Felício da7
BOTELHO, Edson Cocchieri8
Resumo
Para fins estruturais e entre outros, o compósito PEI/Fibra de vidro é uma opção requerida em projetos que almejam um material de peso baixo, boa resistência mecânica e rigidez elevada, mas sem se esquecer dos valores de cada constituinte presente no compósito, que correspondem a um comportamento mecânico diferente (JESUS FILHO, 2000). Segundo Botelho (2002), em geral compósitos termorrígidos são constituídos por resinas com elevada resistência, sendo observado aspectos negativos como: tensões indesejadas provenientes de sua própria natureza, defeitos de resistência e rompimento, possibilidades para erosão e alterações químicas que quando este é aquecido a maiores temperaturas em regiões pontuais de trabalho, pode-se até modificar a estrutura e limitar a aplicação do material. Há certa dificuldade de conformação deste material, que é transferida para a sua capacidade de solda, mas para Abrahão (2015) já é possível soldar o PEI/Fibra de vidro por meio de conformação mecânica. Sendo assim o trabalho visa testar a soldagem aplicando o método de ponto de solda rotativa e caracterização mecânica por Lap Shear afim de destacar a resistência obtida.
Palavras-chave: Ponto de solta rotativa;
PEI/Fibra de Vidro; Compósito; Resistência mecânica.Abstract
1Graduando em Tecnologia Mecânica -Processos de Soldagem pela Fatec Pindamonhangaba.
Pindamonhangaba –SP, Brasil. E-mail: rodolfooliveirarodrigues@gmail.com
2 Graduanda em Tecnologia Mecânica -Processos de Soldagem pela Fatec Pindamonhangaba.
Pindamonhangaba –SP, Brasil. E-mail: nataliomartins2014@hotmail.com
3 Mestrando em Engenharia Mecânica com ênfase em Materiais -Universidade Estadual Júlio de Mesquita
Filho, Guaratinguetá –SP. E-mail: lfb.marques@unesp.br
4 Doutora em Engenharia de Produção Mecânica (UNESP). Professora da Fatec Pindamonhangaba,
Pindamonhangaba –SP, Brasil. E-mail: ana.abrahao@fatec.sp.gov.br
5 Graduanda em Tecnologia Mecânica -Processos de Soldagem pela Fatec Pindamonhangaba.
Pindamonhangaba –SP, Brasil. E-mail:joanatguimaraes@hotmail.com
6 Graduanda em Tecnologia Mecânica -Processos de Soldagem pela Fatec Pindamonhangaba.
Pindamonhangaba –SP, Brasil. E-mail: isabelacintra26@gmail.com
7 Técnico metalúrgico. Auxiliar docente FATEC Pindamonhangaba, Pindamonhangaba –SP, Brasil. E-mail:
flavio.felicio@fatec.SP.gov.br
22 For structural purposes and among others, the PEI/Fiber glass composite is an option required in projects that aim for a low weight material, good mechanical resistance and high rigidity, but without forgetting the values of each constituent present in the composite, which correspond to a different mechanical behavior (JESUS FILHO, 2000). According to Botelho (2002), in general thermoset composites are constituted by resins with high resistance, with negative aspects being observed, such as: undesired stresses arising from their own nature, defects in resistance and breakage, possibilities for erosion and chemical changes that when heated to higher temperatures in specific work regions, you can even modify the structure and limit the application of the material. There is some difficulty in forming this material, which is transferred to its welding capacity, but for Abrahão (2015) it is already possible to weld the glass PEI/Fiber by means of mechanical conformation. Therefore, the work aims to test the welding using the method of rotary welding point and mechanical characterization by Lap Shear in order to highlight the resistance obtained.
Keywords: Rotating drop point; Glass PEI/Fiber; Composite; Mechanical resistance.
Introdução
A soldagem por fricção é bem quista já que o processo emprega tipos de solda similares e dissimilares em junções de diferentes ligações químicas e soldabilidade com alto grau de dificuldade que apresentam certo desafio acadêmico, já que as juntas soldadas com a união efetiva alcançada representa característica mecânicas consideradas baixas e ZTA, (zona termicamente afetadas) com áreas pequenas. (ALVES, 2010). Em contra partida a soldagem por fricção oferta alta temperatura localizada, união mecânica da superfície do material o que possibilita soldar materiais diferentes e especiais como é o caso do PEI/Fibra de vidro (SHRIBMAN 2008).
Metodologia e Materiais
LaminadoPara a realização do presente trabalho foram utilizados compósitos de matriz polimérica PEI (poli éter-imida) que é um polímero termoplástico de alto desempenho, amorfo, de cor âmbar, com alta resistência mecânica e rigidez, reforçados com fibras contínuas de vidro-S. As fibras apresentam aspecto trançado na forma de tecido configuradas em trama 8HS, com espessura nominal de 2 mm a 3,5 mm e dispostas em (0°/ 90°) 5s com 50% de matriz em volume. O compósito laminado foi processado e fornecido pela empresa TENCATE. As dimensões das barras retangulares foram iguais a 10 cm X 2,5 cm X 0,5 cm.
Pino não consumível
O método para a soldagem a ponto rotativa, ou soldagem por fricção rotacional, consistiu em uma ferramenta de contato resistente, para não sofrer avarias, que permitiu a perfuração do laminado e fez a ponte para a transferência de calor, sem caldear com o material de base. No entanto foi escolhido a ferramenta ideal para gerar o atrito necessário no botão de solda, com o material de aço cromo molibdênio
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23 tipo S2 Ph2 de 50 mm de comprimento e diâmetro de 6 mm, com encaixe de 1/4” comercialmente utilizado em “Ponteira p/ Parafusadeira”.
Fonte rotativa
No ato da soldagem utilizou-se uma fonte rotativa, sendo o equipamento uma Furadeira de Bancada da marca Ferrari C/m. 1/2 C.v. Fgc16, com avanço maior que 30 cm e faixa de rotação de 570 a 3050 rpm. A configuração do equipamento favoreceu a soldagem sendo o pino não consumível acoplado no mandril da furadeira, com movimentação vertical eu permitiu a penetração no material laminado PEI/Fibra.
Soldagem
A soldagem consistiu em sobrepor as barras de PEI/Fibra de vidro, e fazer a fricção com uma ponteira acoplada no mandril da furadeira, fazendo movimento similar à de uma furação até romper as duas chapas perfurando e unindo-as em um botão de solda do material da primeira chapa com a da segunda. Cada etapa do processo se encontra exemplificado abaixo na Tabela 1.
Tabela 1 – Etapas do processo de soldagem
Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa 4 Etapa 5
Fixação das duas chapas sobrepostas na base da furadeira
com as duas partes de 25mm centralizadas no
eixo do mandril
Fixação do pino não consumível no mandril da máquina Início do processo ligando o equipamento e abaixando a manopla com pressão fazendo a fricção até romper as duas chapas Encerramento da fricção desligando a furadeira, mas mantendo a pressão até o resfriamento do material Após o resfriamento, é o desacoplamento do pino não consumível
e das chapas da furadeira já
soldadas
Fonte: Os Autores, 2019 Parâmetros da Soldagem
Os parâmetros para a soldagem seguem a rotação igual ou acima de 3050 rpm, considerado alto devido a resistência do material de base, a temperatura do processo passou de 100°C (medidos com pirômetro digital), o tempo variou de 1 a 2 minutos, considerando tempo de início da fricção até o resfriamento do material soldado.
Resultados e Discussões
Para medida de resistência a tração, foi feito ensaio de Lap Shear, que consiste em aplicação de força de tração em corpos de prova soldados até a ruptura. Os ensaios foram realizados na FEG (Faculdade
24 de Engenharia de Guaratinguetá), baseando-se nas normas ASTM D1002-10 e ASTM D2344. A Tabela 2 a seguir, apresenta os resultados obtidos no ensaio, no qual foi calculado a média de valores de 13,42 MPa com valor de desvio padrão de 5,5.
Tabela 2 – Resultados obtidos no ensaio de Lap Shear
Fonte: Os Autores, 2019
A Figura 1 abaixo ilustra como a amostra ficou após a soldagem, percebe-se que o material soldado possui uma união por intermédio do entrelaçamento mecânico da furação chamado de botão de solda que se formou devido ao aquecimento ofertado pela fricção. O entrelaçamento entre as fibras ocorreu quando se chegou à temperatura de deformação plástica do material.
Figura 1 – Solda por FSpW
Fonte: Os Autores, 2019
Conclusões
Com os resultados obtidos de caracterização mecânica e visual, foi confirmada uma nova forma de soldar esse tipo de material, visto que existem variações nos valores de resistência a tração pela falta de padronização do processo que ainda está em fase laboratorial sendo estudado. Todavia, apresentou uma boa resistência com média de 13 MPa. Acredita-se que esses valores de resistência podem aumentar, pois a soldagem por fricção é um processo que não gera tensões residuais por conta de sua baixa temperatura de processamento, o que favorece muito a resistência da solda agregado aos componentes presentes no compósito que criam barreiras dificultando a movimentação das discordâncias, fazendo com que o material seja mais resistente. Portanto observa-se a possibilidade de se obter maiores valores, identificando que o aperfeiçoamento dos parâmetros de soldagem será necessário.
Amostra nº Força (N) máx. Área (mm) Tensão (MPa)
1 441 28,27 15,6
2 528 28,27 18,6
3 203 28,27 7,2
4 309 28,27 10,9
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Referências
ABRAHÃO, A.B.R.M. Optimization of electrical resistance welding process in PEI/ continuous fibers composites foraeronautical application. 2015. 200 f. Thesis (PhD in Mechanical Engineering) – Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2015.
ALVES, E. P. Junções de materiais dissimilares utilizando o processo de soldagem por fricção rotativa. 126 p. 2010. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Tecnologia Espaciais/Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores) - INPE, São José dos Campos/SP, 2010.
ASTM D1002-10(2019), Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal-to-Metal), ASTM International, West Conshohocken, PA.
BOTELHO, E. C. REZENDE, M. C.; Caracterização Mecânica de Compósitos de Poliamida/Fibra de Carbono Via Ensaios de Cisalhamento Interlaminar e de Mecânica da Fratura. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 12, nº 3, p. 153-163, 2002.
JESUS FILHO, E. S.; Obtenção e Avaliação do Comportamento à Fadiga de Compósitos de Matriz de Alumínio Submetidos a Diferentes Tratamentos Superficiais Mecânicos, Tese de Mestrado, Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, São Paulo, 2000.