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exercícios para prova soldagem...

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Universidade Federal do Espírito Santo Centro Tecnológico - CT Departamento de Engenharia Mecânica - DEM Fundição e Soldagem Lista de Exercícios

Dois elementos fundamentais de um processo de soldagem por fusão são a fonte de calor e o meio de proteção. Quais são as características básicas de uma fonte de calor para soldagem por fusão? Cite e descreva rapidamente três fontes usualmente usadas na soldagem por fusão. Qual é a função de um meio de proteção? Cite os meios mais usados em soldagem.

2.

Defina chanfro e explique o seu uso em soldagem. Desenhe chanfros em V e X (ângulos de chanfro de 30º e abertura de 2 mm) em juntas de topo de 25 mm de espessura e indique os símbolos correspondentes. Discuta a aplicação de cada tipo de chanfro.

3.

Indique as principais posições de soldagem e discuta a influência destas na operação de soldagem.

4.

Apresente e discuta as características dos dois tipos básicos de técnicas de soldagem (por deformação/por fusão). Discuta as características principais, aplicações e limitações de cada tipo.

5.

Cite/discute as principais características ou funções de um fluxo (SAW) ou revestimento de eletrodo (SMAW). Indique as características de eletrodos das classes AWS E6010, E6013 e E7018.

6.

Qual é a função do ignitor de alta frequência na soldagem TIG. Por que, na soldagem de ligas de alumínio com este processo, é usual manter este ignitor ligado.

7.

Compare e discuta os tipos de corrente e sua polaridade usualmente utilizadas na soldagem TIG e MIG/MAG. Na soldagem MIG de ligas de alumínio é necessário utilizar corrente alternada (como na soldagem TIG)? Explique.

8.

A figura abaixo mostra a variação de corrente em um teste de soldagem TIG pulsado. Estime os parâmetros de pulsação usados e calcule a corrente média. Descreva, em linhas gerais, a variação esperada do formato da poça de fusão durante um ciclo de pulsação. Cite as principais aplicações da soldagem TIG com corrente pulsada.

Corrente (A)

1.

100 80 60 40 20 0 0

100

200

300

400

Tem po (m s)

500

600

700

9.

Discuta a influência do gás de proteção no formato do cordão e na estabilidade do processo nas soldagens TIG e MIG/MAG.

10. Quais as formas usuais de transferência de metal de adição na soldagem MIG/MAG. Por que, neste processo, é fundamental controlar a forma de transferência de metal. Por que este problema é menor na soldagem com eletrodos revestidos. 11. Compare, do ponto de vista operacional, as soldagens de resistência de topo e por centelhamento. Com base nesta comparação, explique por que a última tende a ser mais adequada para, por exemplo, a soldagem de tubulações de grande diâmetro. 12. Descreva os processos de soldagem por explosão e por fricção. Cite possíveis aplicações para estes processos de soldagem. 13. Compare a brasagem com a soldagem convencional. Indique as principais formas de brasagem 14. Descreva, em linhas gerais, o corte por oxigênio. Por que este processo de corte só é basicamente aplicável, de forma direta, para aços de baixo carbono? 15. Na soldagem TIG de peças de cobre de massa elevada, por exemplo na recuperação de uma ventaneira de alto forno, é usual o uso de um pré-aquecimento de até 400 °C. Alternativamente, tem sido possível soldar esta peça com um menor pré-aquecimento, com o uso de He como gás de proteção. Discuta. 16. Discuta o formato geral de uma curva característica do arco e o efeito da variação do comprimento do arco nesta curva, considerando a estrutura do arco. 17. (a) Desenhe esquematicamente a curva característica do arco para a soldagem TIG com eletrodo negativo. Discuta o efeito do comprimento do arco nesta curva. Esquematize, também, a curva característica deste processo com o eletrodo positivo. Discuta as diferenças existentes. 18. (a) Desenhe esquematicamente a variação de tensão ao longo do arco no processo TIG (CC-), colocando valores típicos para as quedas de tensão existentes e indicando as regiões do arco. Mostre e explique o efeito de (b) um aumento no comprimento do arco e (c) uma mudança de polaridade nesta distribuição de tensão. 19. Considerando a ilustração abaixo de um arco entre dois eletrodos de carvão em uma atmosfera de argônio: (a) Indique as regiões deste. (b) Mostre a variação de tensão ao longo do arco, colocando (e justificando) os valores aproximados para as variações de tensão nas diferentes regiões. (c) Indique, e justifique, o fluxo de gases esperado neste arco. (d) Discuta possíveis alterações na forma e características elétricas deste arco devido cada uma das seguintes mudanças: (d.1) redução da separação do eletrodos, (d.2) substituição do gás por hélio, (d.3) geração de um campo magnético penetrando no plano do desenho e (d.4) substituição dos eletrodos de carvão por eletrodos de aço. Arco

-

+

20. Em um teste de soldagem TIG com argônio puro e uma corrente de 100A, foi mantido um comprimento do arco de 3 mm, com uma tensão de soldagem de cerca

de 10V. Indique de forma qualitativa as alterações esperadas na tensão de soldagem e no formato do cordão para: (a) um aumento no comprimento do arco, (b) o uso de uma mistura gasosa Ar-50%He e (c) uma mudança de polaridade (de CC- para CC +). 21. Explique a formação do sopro magnético e discuta a importância deste na soldagem e o efeito da polaridade da corrente neste. 22. Porque o conhecimento dos modos de transferência de metal de adição é fundamental para um uso mais adequado do processo de soldagem MIG e MAG? Cite, para cada um dos principais modos de transferência observados neste processo de soldagem, as principais forças responsáveis pela transferência. 23. A figura abaixo mostra um oscilograma de tensão de um teste de soldagem MAG com arame de aço carbono de 1,2 mm, velocidade de alimentação de 4 m/min e proteção de CO2. Identifique a forma de transferência utilizada e cite suas características principais e aplicações. Discuta a influência, nas condições operacionais e no modo de transferência, de (a) um aumento na tensão de soldagem, (b) um aumento na velocidade de alimentação (por exemplo, para 8 m/ min) e (c) um aumento simultâneo de ambas.

Tensão (V)

40 30 20 10 0 200

250

300

350

400

450

Tempo (ms) 24. Apresente e discuta os efeitos da corrente de soldagem, da tensão do arco e da velocidade de soldagem na velocidade de fusão do eletrodo (no processo MIG/MAG, por exemplo) e no formato do cordão de solda. 25. Descreva e discuta a influência usual da corrente, da tensão e da velocidade de soldagem no formato de um cordão de solda. 26. Na soldagem TIG observa-se que, em geral, a penetração é maior quando se trabalha com CC-. Por outro lado, na soldagem MIG, o efeito tende a ser o contrário (maior penetração na soldagem com CC+). Discuta considerando o balanço de energia no arco e a variação de potência específica com a polaridade. 27. Desenhe esquematicamente as curvas características de fontes de tensão e corrente constante, sobreponha uma curva do arco e indique o ponto operacional. Discuta como ocorre o controle do comprimento de arco com uma fonte de tensão constante em um processo com alimentação contínua do eletrodo (MIG ou SAW). 28. Defina “Ciclo de Trabalho”. Estime, para uma fonte de 200A 60%, a maior corrente recomendada para a sua operação contínua por um longo período de tempo. 29. Você dispõe de uma fonte estática tipo transformador de corrente constante com uma corrente nominal/ciclo de trabalho de 160A/60%. (a) Desenhe a curva característica desta fonte e indique o tipo de corrente que ela fornece. (b) Cite (e

justifique) um processo de soldagem a arco para o qual ela pode ser utilizada. (c) Discuta a possibilidade de uso desta fonte em uma aplicação que necessita de 180A de corrente. 30. Você dispõe de uma fonte estática tipo transformador retificador de tensão constante com uma corrente nominal/ciclo de trabalho de 350A/60%. (a) Desenhe a curva característica desta fonte e indique o tipo de corrente que ela fornece. (b) Cite (e justifique) um processo de soldagem a arco para o qual ela pode ser utilizada. (c) Discuta a possibilidade de uso desta fonte em uma aplicação que necessite que esta funcione continuamente por uma hora. 31. Calcule a energia de soldagem e a energia líquida de soldagem (considere o rendimento médio de cada processo) para as seguintes condições de soldagem (aço baixo carbono): (a) Processo TIG, I = 100A, U = 11V e v = 20cm/min (espessura: 2,0mm) (b) Processo MIG, I = 300A, U = 29V e v = 60cm/min (espessura: 4,5mm) (c) Processo SAW: I = 420A, U = 34V e v = 60cm/min (espessura: 12,5mm) Medidas na seção transversal das soldas (a) e (b) obtiveram áreas transversais do cordão de 10 e 52 mm2, respectivamente. Calcule o rendimento teórico (energia para fundir o material da solda/energia gasta) para estes dois casos. Discuta os resultados, considerando os processos usados. Dado: Entalpia de aquecimento e fusão de 1 mol de ferro: 74kJ/mol 60. Estime, para os três casos anteriores, a velocidade de resfriamento do centro do cordão a 800 e 500ºC (supor que não foi usado pré-aquecimento). Discuta os resultados. 32. Defina “Energia de Soldagem”, “Energia Líquida de Soldagem”, “Potência específica de uma fonte”, “Ciclo Térmico”, “Temperatura de pico” e “Δt8/5”. 33. (Desenhe esquematicamente em um mesmo gráfico, ciclos térmicos associados com a Zona Fundida, Zona Termicamente Afetada e Metal Base de uma solda. Com base no ciclo térmico, defina estas regiões. 34. A figura abaixo mostra ciclos térmicos calculados para três pontos da superfície de uma chapa de aço baixo carbono (10 mm de espessura) localizados na sua superfície a três diferentes distâncias laterais do eixo da solda (y = 3, 4 e 5 mm). (a) Supondo que o teor de carbono do aço seja 0,2%, discuta, em linhas gerais, as alterações ocorridas em cada ponto durante a soldagem. (b) Estime, para cada ponto (quando possível), as temperaturas de pico, os tempos de permanência acima de A3 e A1 e os tempos de resfriamento entre 800 e 500ºC. Discuta estes resultados e os relacione com as suas respostas no item (a) desta questão. 1500 3 mm

H L = 0,6 kJ/m m v = 300 m m /m in

o

Temperatura ( C)

1200 4 mm 900 5 mm

600

300

0 0

5

10

Tem po (s)

15

20

35. O que são tensões residuais? Descreva o seu aparecimento em soldas. Mostre a sua distribuição usual em uma solda de topo. Considerando estas tensões, discuta o comportamento de uma solda de uma liga de elevada ductilidade durante o seu carregamento. Discuta a influência das tensões residuais na fadiga e na fratura frágil de estruturas soldadas. Por que um tratamento mecânico pode reduzir o nível das tensões residuais?...