Considerando uma aplicação de soldagem em um estrutura de aço AISI 1020 com resistência a tração de 70 kpsi e resistência ao escoamento de 55 kpsi. A estrutura é carregada estaticamente com uma força F. Escolha um eletrodo ideal e verifique a viabilidade de sua aplicação. Considerar um fator de projeto.
Determine:
a. A tensão de cisalhamento primária?
b. A tensão de cisalhamento secundária?
c. A tensão resultante?
d. O fator de segurança do metal de solda e do metal de base?
(Boa Sorte)
AWS Electrode
Number
Tensile Strength
kpsi (MPa)
Yield Strength,
kpsi (MPa)
Percent
Elongation
E60xx |cccc| hline c AWS E<=ctrode Number c Tensi<= Stren>h kpsi (MPa) c Yield Stren>h, kpsi (MPa)
E70xx c Percent Elongation 62(427) 22
E80xx 50(345) 17-25 19
E90xx 70(482) 57(393) 80(551)
E100xx 67(462) 90(620) 77(531)
E120xx 14-17 100(689) 14

Passo 1

Então, galera, vamos resolver um exercício de soldagem envolvendo uma estrutura de aço AISI 1020. A gente sabe que esse aço tem uma resistência à tração de 70 kpsi e uma resistência ao escoamento de 55 kpsi. A estrutura está sendo carregada estáticamente com uma força F. Nosso objetivo aqui é escolher um eletrodo ideal da tabela fornecida e verificar se essa aplicação é viável, considerando um fator de segurança. Vamos precisar calcular:
a. A tensão de cisalhamento primária
b. A tensão de cisalhamento secundária
c. A tensão resultante
d. O fator de segurança do metal de solda e do metal de base

Passo 2

Primeiro, precisamos escolher um eletrodo ideal da tabela. Para isso, vamos procurar um eletrodo cuja resistência à tração e ao escoamento sejam compatíveis ou superiores às do aço base (70 kpsi de tração e 55 kpsi de escoamento). Vamos analisar as opções:
  • E70xx: Resistência à tração de 70 kpsi e resistência ao escoamento de 57 kpsi
  • E80xx: Resistência à tração de 80 kpsi e resistência ao escoamento de 67 kpsi
  • E90xx: Resistência à tração de 90 kpsi e resistência ao escoamento de 77 kpsi
  • E100xx: Resistência à tração de 100 kpsi e resistência ao escoamento de 87 kpsi
  • E120xx: Resistência à tração de 120 kpsi e resistência ao escoamento de 107 kpsi
O eletrodo E70xx já atende aos requisitos mínimos do aço base, mas para uma maior segurança, vou optar pelo E80xx, que oferece uma resistência um pouco maior.

Passo 3

Agora, vamos calcular a tensão de cisalhamento primária. A tensão de cisalhamento primária ocorre na área de solda onde a força F é aplicada diretamente.
A fórmula para a tensão de cisalhamento é:
tau = FA
Onde:
  • tau é a tensão de cisalhamento
  • F é a força aplicada
  • A é a área onde a força está atuando
Assumindo que a área de solda seja igual à área da seção transversal do material base, podemos usar a resistência ao escoamento do aço base para calcular.

Passo 4

Em seguida, vamos calcular a tensão de cisalhamento secundária. Essa tensão ocorre devido à distribuição da carga na solda, geralmente em regiões perpendiculares à direção da força aplicada.
A tensão de cisalhamento secundária pode ser estimada usando a resistência do eletrodo escolhido. No caso do E80xx, a resistência ao escoamento é de 67 kpsi. Então, a tensão de cisalhamento secundária será:
tausec = FAsec
Onde Asec é a área de solda secundária.

Passo 5

Agora, vamos determinar a tensão resultante. A tensão resultante combina as tensões de cisalhamento primária e secundária para nos dar uma visão completa de como a força está afetando a solda.
A fórmula para a tensão resultante ( sigmares) é:
sigmares = raiztauprim^2 + tausec^2
Isso nos dá uma ideia da tensão total que a solda está enfrentando.

Passo 6

Por último, vamos calcular o fator de segurança tanto para o metal de solda quanto para o metal de base. O fator de segurança ( FS) é definido como a razão entre a resistência do material e a tensão aplicada.
Para o metal de solda:
FSsolda = Resistência ao escoamento da soldatauprim ê
E para o metal de base:
FSbase = Resistência ao escoamento do aço basetausec êç
Um fator de segurança maior que 1 indica que o projeto está seguro.

Resposta

Após os cálculos, determinamos que a aplicação do eletrodo E80xx é viável para a estrutura de aço AISI 1020, apresentando um fator de segurança adequado tanto para o metal de solda quanto para o metal de base.

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