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
E70xx
22
E80xx
19
E90xx
E100xx
E120xx
14
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)
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E60xx |
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E70xx |
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E80xx |
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E90xx |
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E100xx |
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E120xx |
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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
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:
Onde:
-
é a tensão de cisalhamento -
é a força aplicada -
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:
Onde
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 (
) é:
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 (
) é definido como a razão entre a resistência do material e a tensão aplicada.
Para o metal de solda:
E para o metal de base:
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.