Já alguma vez se perguntou porque é que algumas estruturas de aço resistem ao teste do tempo enquanto outras vacilam? Este artigo explora o mundo das ligações aparafusadas e soldadas em estruturas de aço, destacando as suas vantagens e desvantagens únicas. No final, compreenderá como estas ligações afectam a durabilidade e a relação custo-eficácia das construções em aço.
As ligações aparafusadas e soldadas são as duas formas mais comuns de montagem em várias estruturas mecânicas. Este documento compara e contrasta principalmente estes dois métodos predominantes de ligação em estruturas de aço, resumindo as suas vantagens e desvantagens.
As secções de componentes compostos de aço, tais como chapas ou perfis de aço, têm de ser ligadas entre si. Toda a aço A estrutura de aço deve ser montada num todo nos pontos de ligação. Por conseguinte, a qualidade e a relação custo-eficácia de uma estrutura de aço são diretamente influenciadas pela qualidade da conceção das ligações.
No passado, as estruturas de aço eram ligadas através de métodos como contrapinos, parafusos, rebites e soldaduras. No entanto, as ligações por cavilhas e rebites já não são utilizadas em novas estruturas de aço, pelo que estes métodos não serão discutidos mais adiante.
As ligações soldadas são formadas pela fusão das vareta de soldadura e as peças a soldar com o calor gerado por um arco elétrico. Após o arrefecimento, estas peças fundidas solidificam-se numa cordão de soldaduraintegrando assim as partes numa única unidade.
As ligações soldadas são o principal método de ligação das actuais estruturas de aço, com ligações manuais soldadura por arco e a soldadura por arco submerso automática (ou semi-automática), que são os métodos de soldadura mais utilizados.
Em comparação com as ligações aparafusadas, as estruturas soldadas têm várias vantagens:
(1) As ligações soldadas não requerem perfuraçãoAssim, não há enfraquecimento da secção transversal. Também não há necessidade de componentes de ligação adicionais, simplificando a construção. Como resultado, as ligações soldadas podem poupar mão de obra e materiais, conduzindo a benefícios económicos. Estas podem ser consideradas as suas vantagens mais significativas.
(2) As estruturas soldadas oferecem uma boa vedação, uma elevada rigidez e uma excelente integridade. Além disso, algumas juntas, como as ligações em Y e em T entre estruturas de aço tubossão difíceis de obter com ligações aparafusadas ou outros métodos, tornando a soldadura a opção preferível.
Juntas soldadas apresentam as seguintes deficiências:
(1) São afectados por temperaturas elevadas durante a processo de soldadura;
(2) Os cordões de soldadura contêm frequentemente vários defeitos, e o metal de base próximo do cordão de soldadura pode tornar-se frágil, o que pode levar à concentração de tensões e ao aumento das fissuras na estrutura;
(3) Devido à rigidez do estrutura soldadaSe a estrutura for soldada, as fissuras localizadas podem facilmente estender-se a toda a estrutura. Como mencionado anteriormente, as estruturas soldadas são propensas à fragilidade a baixa temperatura;
(4) Após a soldadura, o encolhimento desigual induzido pelo arrefecimento pode levar a tensões residuais de soldadura dentro da estrutura. Isto pode fazer com que algumas secções entrem prematuramente em plasticidade quando carregadas, reduzindo a estabilidade da tensão crítica quando comprimidas;
(5) Após a soldadura, a expansão e a contração irregulares podem causar deformações residuais na soldadura, tais como a formação de um chapa de aço para se deformar.
Tendo em conta estas limitações do juntas soldadasPara evitar ou reduzir o seu impacto negativo, devem ser tomadas medidas durante a conceção, o fabrico e a instalação.
Simultaneamente, a qualidade dos cordões de soldadura deve ser inspeccionada e aceite de acordo com a norma nacional "Especificação de aceitação da qualidade para a engenharia de estruturas de aço".
Prestar atenção a seleção de materiaisA conceção do cordão de soldadura, o processo de soldadura, a técnica de soldadura e uma melhor inspeção do cordão de soldadura podem evitar a ocorrência de falhas frágeis do cordão de soldadura.
As ligações aparafusadas unem os componentes através da utilização de parafusos, um tipo de fixador. Existem dois tipos de ligações aparafusadas: ligações aparafusadas normais e ligações aparafusadas de alta resistência.
Os parafusos utilizados nas ligações de estruturas de aço são classificados como parafusos normais e parafusos de alta resistência. Os parafusos normais têm normalmente cabeças hexagonais e são classificados como A, B e C.
Os parafusos de grau C podem geralmente ser fabricados a partir de aço Q235, fabricado a partir de aço laminado a quente redondo aço. Trata-se de parafusos grosseiros, com requisitos relativamente baixos para o fabrico de furos de parafusos, pelo que são amplamente utilizados em ligações de parafusos padrão.
Os parafusos padrão de grau A e B são parafusos de precisão, exigindo padrões de fabrico mais elevados tanto para o parafuso como para o orifício do parafuso. A instalação de parafusos padrão geralmente envolve chaves manuais, sem um requisito específico de pré-tensão no parafuso.
Os parafusos de alta resistência utilizados em estruturas de aço têm um significado específico. São instalados com uma chave especialmente concebida, assegurando uma pré-tensão prescrita no parafuso e, consequentemente, uma pré-pressão especificada na superfície de contacto das placas ligadas.
Para atingir o valor de pré-tensão necessário, estes parafusos devem ser fabricados em aço de alta resistência.
Embora os parafusos standard das classes A e B também sejam feitos de aço de alta resistência, continuam a ser designados por parafusos standard.
Os graus de desempenho dos parafusos de alta resistência incluem 8.8 e 10.9. Os parafusos de alta resistência são feitos de materiais como o aço de médio carbono ou liga de açoque são tratados termicamente (temperados e revenidos) para uma maior resistência.
A resistência à tração (fub) dos parafusos de alta resistência da classe 8.8 não é inferior a 800N/mm2, com um limite de elasticidade de 0,8. A resistência à tração dos parafusos de alta resistência da classe 10.9 não é inferior a 1000N/mm2, com um limite de elasticidade rácio de 0,9.
As ligações aparafusadas são favorecidas pela sua eficiência em termos de tempo e mão de obra, simplicidade do equipamento de instalação necessário e requisitos de competências menos exigentes para os trabalhadores da construção em comparação com os soldadores.
A sua utilização em ligações de estruturas de aço só perde para as ligações soldadas. As ligações aparafusadas dividem-se em ligações aparafusadas normais e ligações aparafusadas de alta resistência.
Dependendo da situação de tensão, cada uma delas é dividida em três tipos: ligações de parafusos resistentes ao cisalhamento, ligações de parafusos resistentes à tensão e ligações de parafusos que suportam simultaneamente cisalhamento e tensão.
Os parafusos de rosca grossa (parafusos de grau C) são normalmente utilizados em ligações aparafusadas padrão. A sua resistência ao cisalhamento depende da resistência ao cisalhamento do eixo do parafuso e da resistência à compressão da parede do furo.
A resistência à tração baseia-se na resistência à tração axial do parafuso. As ligações aparafusadas de rosca grossa, que são geralmente utilizadas apenas em componentes secundários que não suportam diretamente cargas dinâmicas, tais como suportes, faixas de fricção, vigas de parede, pequenas treliças e estruturas amovíveis, resistem a forças de corte.
Por outro lado, devido à resistência superior à tração do parafuso, é normalmente utilizado em ligações de nós de estaleiro que colocam o parafuso sob tensão.
Em termos de ligações aparafusadas convencionais, são utilizados parafusos de rosca fina (parafusos de grau A e B) devido à sua elevada qualidade para ligações de elevada resistência ao corte.
No entanto, como o fabrico dos parafusos é complexo, os requisitos de instalação são elevados (o diâmetro do furo e o diâmetro do veio do parafuso são quase idênticos) e o preço é caro, são frequentemente substituídos por ligações de fricção com parafusos de alta resistência, que serão discutidas mais adiante.
As ligações do tipo rolamento com parafusos de alta resistência têm os mesmos requisitos para material dos parafusosO sistema de ligação de fricção é um sistema de ligação de fricção, de pré-carga e de instalação de construção como as ligações de fricção.
A diferença é que a sua capacidade de suporte final se baseia na superação do atrito, em que as placas ligadas deslizam umas em relação às outras e o parafuso falha devido ao corte e à compressão da parede do furo.
Por conseguinte, a sua capacidade de suporte é superior à das ligações de fricção com parafusos de alta resistência, poupando materiais de ligação. No entanto, a aplicação deste tipo de ligação é limitada devido à deformação por deslizamento que ocorre após a superação do atrito.
É especificado para utilização apenas em estruturas que suportem cargas estáticas ou indiretamente suportar cargas dinâmicas. O tratamento de superfície Os requisitos para as superfícies de contacto dos componentes ligados são inferiores aos das ligações de fricção, exigindo apenas a remoção do óleo e da ferrugem flutuante.
O desempenho das ligações do tipo rolamento é idêntico ao dos parafusos normais, mas devido à pré-carga no eixo do parafuso e à aplicação de aço de alta resistência, o desempenho ultrapassa o das ligações aparafusadas normais.
Vantagens das ligações aparafusadas: Oferecem um processo de construção simples e uma instalação fácil, tornando-as particularmente adequadas para a montagem no local.
Também são fáceis de desmontar, o que os torna ideais para estruturas que precisam de ser montadas e desmontadas, bem como para ligações temporárias.
Desvantagens das ligações aparafusadas: Requerem a abertura de orifícios nas placas e a sua combinação durante a montagem, o que aumenta a carga de trabalho de fabrico. Além disso, é necessária uma maior precisão no fabrico.
Os orifícios dos parafusos também enfraquecem a secção dos componentes, e as partes ligadas têm frequentemente de se sobrepor umas às outras ou requerem placas de ligação auxiliares adicionais (ou cantoneiras de aço), tornando a estrutura mais complexa e aumentando o consumo de aço.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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