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CARLOS NEY ROCHA PESSOA MENDES

CONTRIBUIÇÃO AO DESENVOLVIMENTO DE PROJETO DE CARROCERIAS AUTOMOTIVAS UTILIZANDO ADESIVO

ESTRUTURAL PARA JUNÇÃO DE CHAPAS METÁLICAS

Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do Título de Mestre em Engenharia

São Paulo 2005

CARLOS NEY ROCHA PESSOA MENDES

CONTRIBUIÇÃO AO DESENVOLVIMENTO DE PROJETO DE CARROCERIAS AUTOMOTIVAS UTILIZANDO ADESIVO ESTRUTURAL PARA JUNÇÃO DE CHAPAS METÁLICAS

Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do Título de Mestre em Engenharia

Área de Concentração:

Engenharia Automotiva

Orientador: Prof. Dr. Sérgio Duarte Brandi

São Paulo 2005

FICHA CATALOGRÁFICA

Mendes, Carlos Ney Rocha Pessoa Contribuição ao desenvolvimento de projeto de carrocerias

automotivas utilizando adesivo estrutural para junção de chapametálicas / C.N.R.P. Mendes. -- São Paulo, 2005.

150 p.

Trabalho de curso (Mestrado Profissionalizante em Engenharia Automotiva). Escola Politécnica da Universidade deSão Paulo.

1.Carroçaria 2.Resistência estrutural 3.Juntas soldadas 4.Solda por resistência I.Universidade de São Paulo. Escola Politécnica II.t.

C. Ney Mendes como pessoa

Acreditar sempre no Sim, na possibilidade, na realização, pois a vida nos oferece o Não, mas devemos lutar, nos empenhar para encontrar o Sim.

Viver é acreditar sempre.

DEDICATÓRIA

À minha Paula e aos meus filhos e amigos Arnon e Eron, e aos que, apesar das dificuldades, acreditam na realização de um sonho.

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador Prof. Dr. Sérgio Duarte Brandi, pelo constante incentivo,

dedicação e pelas diretrizes dadas, sem as quais o presente trabalho não seria

possível.

Ao meu pai Gilberto e minha mãe Nelsina, fonte dos primeiros estímulos aos

estudos.

Aos amigos Lúcia e Ronald, pelo incentivo constante em todas as conquistas.

À General Motors do Brasil Ltda., em especial aos Srs. Luciano A. Santos, Gerson

Pagnotta, Edson Furlan, Afrânio Paiva, Antônio G. Caputo, Eduardo N. Marques,

Marco Colóssio, José Maria Rolão, Ailton Garcia, Vladimir O. Gonzalez, João

Carlos Rangel, Ulisses Aurélio Gomes, Edmundo Rufino da Silva, Antônio

Francisco da Costa e Jorge Batlle pela ajuda, estímulo, oportunidade e compreensão

inestimáveis.

A Diretoria da COLAUTO, na pessoa do Sr. Taufik El Helou , a Sra. Angela

Marfinatti, Sr. Sergio Pizzo, e aqueles que se tornaram amigos, Luís Fernando

Penacchio e Marco Bagarollo, que tiveram o desprendimento em ensinar sem cobrar

nada em troca.

Aos colegas de turma pela compreensão e incentivo.

A todos que colaboraram no desenvolvimento e execução desse trabalho e que

involuntariamente foram omitidos.

RESUMO

O desafio de um projeto de estrutura metálica de carroceria veicular, é aumentar a

rigidez do conjunto, reduzindo o peso total, a fim de possibilitar melhor relação

peso/potência, o que representará menor consumo e emissão de gases nocivos à

atmosfera.

Este trabalho propõe-se analisar o uso do adesivo estrutural, associado ou não à solda

a ponto por resistência (solda-ponto) e sua real contribuição na formação das novas

carrocerias, possibilitando a rigidez estrutural necessária com redução de peso

(eliminação de reforços adicionais).

Serão realizados testes em corpos de prova de chapa metálica com acabamentos

superficiais de uso comum na indústria automobilística unidos por adesivo epóxi

estrutural (material de produção na GMB - General Motors do Brasil), por solda a

ponto e pelo conjunto dos dois sistemas de união (adesivo + solda ponto), seguindo

testes-padrão ASTM (American Society for Testing and Materials), SAE (Society of

Automotive Engineers) e normas da GM (General Motors Corporation).

Os resultados serão analisados a fim de definir parâmetros da união de chapas

metálicas para a aplicação do adesivo estrutural associado ou não à solda-ponto,

formato da flange, quantidade, posição e características do adesivo e/ou solda-ponto.

A proposta é definir os conceitos para projeto da flange de união, distribuição de

esforços, aplicação do adesivo e/ou solda ponto garantindo rigidez estrutural com

baixo peso estrutural.

ABSTRACT

The challenge involved in a vehicle’s bodywork’s metallic structure’s project is

increasing it’s strength while reducing overall weight, thus propitiating better

weight/power ratio, and increasing performance, as well as decreasing the emission

of harmful fumes.

The purpose of this work is to analyze the use of structural adhesive with and without

welding spots, and its true contribution in the production of a new bodywork, making

weight reduction possible while maintaining the structural integrity needed.

Metal sheet samplers with industrial standard superficial finish commonly used in

vehicle industry will be used for the testing. They will be bonded by structural epoxi

adhesive (a material produced by GMB – General Motors do Brasil), welding spots,

and by the two simultaneously (adhesive + welding). Subsequently, ASTM

(American Society for Testing and Materials), and SAE (Society of Automotive

Engineers) tests will be applied according to GM’s (General Motors) specifications.

Results will be analyzed in order to define parameters for the bonding of metal foils

using structural adhesive with and without welding spots, the bracket’s shape, and

the amount, position, and characteristics of the adhesive with and without welding

spots.

The purpose is to define concepts for the brackets’ design, load distribution, and the

use of structural adhesives with and without welding spots, ensuring structural

integrity with an over all lower weigh.

SUMÁRIO

LISTA DE TABELAS

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

LISTA DE SÍMBOLOS

1. JUSTIFICATIVA 1

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4

2.1. HISTÓRICO SOBRE ADESIVOS 4

2.2. DEFINIÇÕES 7

2.3. FUNÇÕES DOS ADESIVOS 8

2.4. VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS JUNTAS ADESIVADAS 11

2.5. TEORIA DA ADESÃO 12

2.5.1. FORÇAS DE ORIGEM QUÍMICA 14

2.5.1.1.Teoria da Adsorção 14

2.7.1. Força de Van der Waals 15

2.5.1.1.1. Efeito Keesom 16

2.5.1.1.2. Efeito Debye 17

2.5.1.1.3. Efeito London 18

2.5.1.1.4. Teoria de Quimissorção 19

2.5.1.2. Teoria da Difusão 19

2.5.2. FORÇAS MECÂNICAS – ANCORAMENTO MECÂNICO 20

2.5.3. FORÇAS ELETROSTÁTICAS – TEORIA ELETROSTÁTICA 21

2.6. MOLHAMENTO E ESPALHAMENTO 22

2.7. JUNTA ADESIVADA 23

2.7.1. INTRODUÇÃO 23

2.7.2. TIPOS DE FALHA EM UMA JUNTA ADESIVADA 24

2.7.3. CARREGAMENTOS EXTERNOS 25

2.7.4. ABORDAGENS PRÁTICAS QUANTO A RESISTÊNCIA JUNTA 28

2.8. PROCESSO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE 29

2.8.1. PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE METÁLICA 30

2.8.2. PROCESSOS DE LIMPEZA 32

2.8.3. APLICAÇÃO DE PRIMERS 35

2.9. TIPOS DE ADESIVOS 37

2.9.1. ADESIVOS TERMOFIXOS 38

2.9.2. ADESIVOS TERMOPLÁSTICOS 40

2.9.3. OUTROS TIPOS DE ADESIVOS 41

2.10. CLASSES DE ADESIVOS 42

2.10.1. ADESIVO ESTRUTURAL 45

2.10.2. PRINCIPAIS FAMÍLIAS QUÍMICAS 45

2.10.3. Adesivo estrutural à base de Epóxi 48

2.10.4. Composição química do adesivo epóxi 51

2.10.4.1.1. Aditivos e Modificadores 56

2.10.5. PROCESSO DE APLICAÇÃO E CURA DO ADESIVO 58

2.10.6. Efeitos do tempo 58

2.10.7. Processos de estocagem 59

2.10.8. Materiais Perigosos 60

2.10.9. APLICAÇÃO DO ADESIVO 61

2.11. Aplicação Manual 62

2.11.1. Aplicação Automática 63

2.12. Estufas 65

2.11. PROJETO DA JUNTA ADESIVADA 67

2.11.1. CARREGAMENTO POR CISALHAMENTO 69

2.11.2. CARREGAMENTO POR DESPELAMENTO 71

2.11.3. DISPOSITIVOS DE POSICIONAMENTO 75

2.12. FALHAS E REPAROS NAS JUNTAS ADESIVADAS 77

2.13. JUNÇÃO POR SOLDA À RESISTÊNCIA 80

2.13.1. TECNOLOGIAS DE SOLDAGEM 83

2.13.2. Solda por Resistência 83

2.13.3. Solda por Resistência a Ponto 84

2.13.4. Estação de solda a ponto manual 90

2.13.5. Transformador de solda a ponto 91

2.13.6. Cabo Secundário 93

2.13.7. Programador de solda 94

2.13.8. Máquinas de solda a ponto 95

2.13.9. Estação de solda a ponto automática 96

2.14. Descontinuidades na solda por resistência 97

2.14.1. Aparência Superficial 98

2.14.2. Tamanho da Solda e Profundidade de Fusão 98

2.14.3. Resistência e ductilidade 99

2.14.4. Descontinuidades Internas 101

2.14.5. Separação das chapas e expulsão 102

2.14.6. Qualidade da solda a ponto 103

2.14.7. Solda a ponto em aços de baixo carbono 106

2.14.8. Solda a ponto com adesivo 107

3. OBJETIVO 109

4. MATERIAIS E MÉTODOS 110

4.1. CHAPAS METÁLICAS 110

4.1.1. GRAU DE ESTAMPAGEM 110

4.1.2. ESPESSURAS 111

4.1.3. REVESTIMENTO 111

4.1.4. COMPOSIÇÃO QUÍMICA PADRÃO CHAPAS AÇO CARBONO 113

4.1.5. PROPRIEDADES MECÂNICAS CHAPAS DE AÇO CARBONO 113

4.1.6. ÓLEO DE PROTEÇÃO E ESTAMPAGEM 114

4.1.7. DEFINIÇÃO DOS CORPOS DE PROVA 115

4.2. ADESIVO ESTRUTURAL 116

4.2.1. CLASSE DO MATERIAL 116

4.2.2. TEMPERATURA DE CURA 116

4.2.3. ABSORÇÃO DO ÓLEO DE ESTAMPAGEM 116

4.2.4. CARACTERÍSTICAS DO ADESIVO 117

4.3. METODOLOGIA 118

4.3.1. NORMAS 118

4.3.2. DEF. DA ÁREA DE JUNÇÃO NO TESTE DE CISALHAMENTO 120

4.3.2.1.Teste cisalhamento, junta adesivada 121

4.3.2.2.Teste cisalhamento, junta soldada 122

4.3.2.3.Teste cisalhamento, junta solda adesivada 123

4.3.3. DEF. DA ÁREA DE JUNÇÃO NO TESTE DE CISALHAMENTO 124

4.3.3.1.Teste despelamento, junta adesivada 124

4.3.3.2.Teste despelamento, junta soldada 125

4.3.3.3.Teste despelamento, junta solda adesivada 126

4.3.4. EQUIPAMENTOS 126

4.3.4.1.Equipamento de solda a ponto por resistência 126

4.3.4.2.Equipamento para aplicação adesivo 129

4.3.4.3.Estufas de cura do adesivo 129

4.3.4.4.Equipamento de tração 130

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 131

5.1. CISALHAMENTO 131

5.1.1. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA ADESIVADA 131

5.1.2. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA SOLDADA 132

5.1.3. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA SOLDA ADESIVADA 132

5.2. DESPELAMENTO 133

5.2.1. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA ADESIVADA 133

5.2.2. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA SOLDADA 134

5.2.3. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA SOLDA ADESIVADA 135

5.3. DISCUSSÃO 136

6. CONCLUSÕES 150

Sugestão para Trabalhos futuros 152

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 153

LISTA DE TABELAS

Tabela 01 - Os setes principais grupos de adesivos e sua utilização 06

Tabela 02 - Vantagens e desvantagens das juntas adesivadas 11

Tabela 03 - Características dos vários tipos de adesivos 43

Tabela 04 - Vantagens e limitações dos diferentes tipos de adesivos 44

Tabela 05 - Vantagens e limitações dos adesivos estruturais mais empregados 46

Tabela 06 - Propriedades dos 5 principais grupos dos adesivos estruturais 47

Tabela 07 - Propriedades Físicas dos adesivos epóxi mono componente 55

Tabela 08 - Propriedades Mecânicas dos adesivos epóxi mono componente 56

Tabela 09 - Parâmetros de Solda de Referência 88

Tabela 10 - Causas e efeitos de descontinuidades na solda 99

Tabela 11 - Composição dos corpos de prova (CP n) 112

Tabela 12 - Composição química das chapas de aço carbono 113

Tabela 13 - Propriedades mecânicas das chapas de aço carbono 114

Tabela 14 – Caract. do Embutimento Erichsen (diâm. de punção 20,0 mm) 114

Tabela 15 - Definição do comprimento de sobreposição (w) junta adesivada 121

Tabela 16 - Definição do comprimento de sobreposição (w) junta soldada 123

Tabela 17 - Definição da largura l do CP na junta solda adesivada 124

Tabela 18 - Parâmetros de controle da solda (Junta soldada) 128

Tabela 19 - Parâmetros de controle da solda (Junta Solda Adesivada) 128

Tabela 20 – Tensões teste cisalhamento – junta adesivada 131

Tabela 21 – Tensões teste cisalhamento – junta solda a ponta 132

Tabela 22 – Tensões teste cisalhamento – junta soldada + adesivo 132

Tabela 23 – Tensões teste despelamento – junta adesivada 133

Tabela 24 – Tensões teste despelamento – junta soldada 134

Tabela 25 – Tensões teste despelamento – junta soldada + adesivo 135

Tabela 26 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 0,8 mm 137



Tabela 29 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, revestimento BGA 138

Tabela 30 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, revestimento BZ 138

Tabela 31 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, sem revestimento 138

Tabela 32 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, espessura 0,8 mm 139



Tabela 35 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, revestimento BGA 140

Tabela 36 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, revestimento BZ 140

Tabela 37 – Análise Var., Cisalhamento, solda ponto, sem revestimento 140

Tabela 38 – Análise Var., Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 0,8 mm 141

Tabela 39 – Análise Var., Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 0,9 mm 141

Tabela 40 – Análise Var. Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 1,0 mm 141

Tabela 41 – Análise Var., Cisalh., solda ponto + adesivo, revest BGA 142

Tabela 42 – Análise Var., Cisalh., solda ponto + adesivo, revest BZ 142

Tabela 43 – Análise Var., Cisalh., solda ponto + adesivo, sem revest. 142

Tabela 44 – Análise Var., Despelamento, adesivo, espessura 0,8 mm 143



Tabela 47 – Análise Var., Despelamento, adesivo, revest. BGA 144

Tabela 48 – Análise Var., Despelamento, adesivo, revest. BZ 144

Tabela 49 – Análise Var., Despelamento, adesivo, sem revest. 144

Tabela 50 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , esp. 0,8 mm 145



Tabela 53 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , revest. BGA 146

Tabela 54 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , revest. BZ 146

Tabela 55 – Análise Var., Despelamento, solda ponto , sem revest. 146

Tabela 56 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , esp.0,8 mm – parc. Ades. 147



Tabela 59 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , reves. BGA – parc. Ades. 148

Tabela 60 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , reves. BZ – parc. Ades. 148

Tabela 61 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , s / reves. – parc. Ades. 148

Tabela 62 – Ana.Var., Desp., ades.+solda pto , revest BGA.– parc. solda pto 149

Tabela 63 – Ana.Var., Desp., ades.+solda pto , revest BZ. – parc. solda pto 149

Tabela 64 – Ana.Var., Desp., ades.+solda pto , s/ revest – parc. solda pto 149

LISTA DE FIGURAS

Fig. 01 - Nomenclatura da junta adesiva 7

Fig. 02 - Efeito da aspereza da superfície adesivada 20

Fig. 03 - Ângulo de contato da gota de líquido numa superfície plana 22

Fig. 04 - Regiões ref. às falhas coesivas, adesivas e delaminação revest. 24

Fig. 05 - Carregamentos em juntas 25

Fig. 06 - Junta simples sobreposta 26

Fig. 07 - Composição Química básica da Resina Epóxi 51

Fig. 08 - Amina aromática 4,4´- Diaminodifenil Metana (MDA) 51

Fig. 09 - Epóxi curado após reação com Amina Aromática 52

Fig. 10 - Bomba pneumática para adesivo mono-componente 61

Fig. 11 - Pistola aplicação manual adesivo mono-componente 62

Fig. 12 - Aplicação manual do adesivo epóxi no reforço aplicado 62

Fig. 13 - Detalhamento esquemático flangeamento porta 63

Fig. 14 - Esquema da linha de flangeamento porta 64

Fig. 15 - Detalhes do flangeamento do porta dianteira lado direito 65

Fig. 16- Processo de pintura por imersão carroceria, ELPO 65

Fig. 17 - Distribuição de temperaturas interna na estufa do ELPO 66

Fig. 18 - Vista interna da estufa do ELPO 66

Fig. 19 - Formas de carregamento 68

Fig. 20 - Correlação entre a força e sobreposição dos corpos em cisalhamento 69

Fig. 21 - Modificação na Distribuição da Tensão de Cisalhamento 70

Fig. 22 - Rotação junta sobreposta simples devido a excentricidade das forças 72

Fig. 23 - Projeto de junta de chapas metálicas adesivadas 73

Fig. 24 - Projeto de junta de topo com adesivo de itens extrudados e usinados 74

Fig. 25 - Projetos de juntas adesivadas especificas para cantos em formato T 75

Fig. 26 - Projetos de juntas adesivadas combinadas a fixação mecânica 76

Fig. 27 - Retrabalho em painel aeronáutico com tampão estrutural 77

Fig. 28 - Substituição de parte do painel lateral com o uso do adesivo 78

Fig. 29 - Tendências nos processos de junção em carrocerias 80

Fig. 30 - Processos de soldagem utilizados na indústria automobilística 81

Fig. 31 - Processos básicos de solda por resistência elétrica 84

Fig. 32 - Resistências existentes no circuito percorrido pela corrente elétrica 85

Fig. 33 - Temperaturas no circuito de solda 87

Fig. 34 - Causas da diminuição da área de contato dos eletrodos 87

Fig. 35 - Ciclo completo de solda 89

Fig. 36 - Gráfico de Variação Resistência X Força 90

Fig. 37 - Estação típica de solda a ponto 91

Fig. 38 - Transformador de solda a ponto 92

Fig. 39 - Transformador básico de solda a ponto – esquema 93

Fig. 40 - Programador de solda a ponto 95

Fig. 41 - Tipos de máquinas de solda a ponto - Tipo “C” 95

Fig. 42 - Tipos de máquinas de solda a ponto - Tipo “X” 96

Fig. 43 - Estação típica de solda a ponto automática 97

Fig. 44 - Cavidades internas - espessura igual ou maior que 1,0 mm 101

Fig. 45 - Separação excessiva entre as chapas 102

Fig. 46 - Teste de cisalhamento 120

Fig. 47 - Definição de área mínima para ponto de solda 122

Fig. 48 - Teste de Despelamento 125

Fig. 49 - Centro da solda ponto, teste de despelamento 125

Fig. 50 - Detalhe dos comandos do transformador máquina de solda 127

Fig. 51 - Braço de solda no formato de pinça 127

Fig. 52 - CP cisalhamento preparados para cura do adesivo 129

Fig. 53 - Estufa de cura do adesivo epóxi 130

Fig. 54 - Equipamento de tração e detalhe visor indicativo força 130

Fig. 55 – Gráfico , cisalhamento, adesivo, mesma espessura 137

Fig. 56 – Gráfico , cisalhamento, adesivo, mesma revestimento 138

Fig. 57 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto, mesma espessura 139

Fig. 58 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto, mesmo revestimento 140

Fig. 59 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto + adesivo, mesma espessura 141

Fig. 60 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto + adesivo, mesmo revest. 142

Fig. 61 – Gráfico, despelamento, adesivo, mesma espessura 143

Fig. 62 – Gráfico, despelamento, adesivo, mesmo revestimento 144

Fig. 63 – Gráfico, despelamento, solda ponto, mesma espessura 145

Fig. 64 – Gráfico, despelamento, solda ponto, mesmo revestimento 146

Fig. 65 – Gráf., desp., solda pto + adesivo, parcela adesivo, mesma esp. 147

Fig. 66 – Gráf., despel., solda pto + adesiv., parc. adesivo, mesmo revest. 148

Fig. 67 – Gráf., despel., solda pto + adesivo, parc. solda pto , mesmo revest. 149

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ASTM - American Society for Testing and Materials

SAE – Society of Automotive Engineers

GMB - General Motors do Brasil

GM - General Motors Corporation

MDF - medium density fiberboard

HSS - High Strengh Steel

BH - Bake Hardening

CDT - Corona Discharge Treatment

PE – Polietileno

PP – Polipropoileno

ASP - Adesivo Sensível a Pressão

UV - Ultra Violeta

FE - Feixe de Elétrons

Pa.s – Pascal por segundo (checar com Luis 2.3.2.1)

SMC – Sheet Molding Compound

BFF – Bobina de aço Fina laminado a Frio

BW - Body in White

MIG – Solda metal em gás inerte

MAG - Solda metal em gás ativo

RWMA - Resistance Welders Manufacturers

TSP - Transformador de solda a ponto

MSPP - Máquina de solda a ponto portátil

BGA – bobina galvannealed produzida em linha contínua de galvanização

BZ – bobina zincada produzida em linha contínua de galvanização a quente

BFF – bobina a frio sem revestimento (chapa nua)

EP – qualidade de estampagem profunda

EEP – qualidade de estampagem extraprofunda, resistente ao envelhecimento

CSC – qualidade de estampagem para conformação supercrítica

LISTA DE SÍMBOLOS kJ/mol – quimissorção °C – centigrados

1

1. JUSTIFICATIVA O nível de desenvolvimento e desempenho alcançados pelos adesivos

possibilitou a criação de diversos produtos que já estão incorporados ao uso na

sociedade. Na indústria madeireira, sua utilização gerou uma diversidade de

subprodutos que, no passado, seriam impossíveis, como as placas de

compensados, aglomerados, MDF (Medium Density Fiberboard), alterando até o

uso das reservas de madeira nobre, já que o substituto atende a demanda em

qualidade e preço, como também permite o uso racional da escassa reserva de

madeiras maciças.

O desenvolvimento dos adesivos foi impulsionado pelas necessidades de baixo

peso e alto poder de união da indústria aeroespacial, possibilitando a construção

de grandes estruturas adesivadas e velozes aeronaves militares. Os adesivos

possuem extensa gama de produtos, desde uma simples fita adesivada até um

processo de colmeias unidas pelo sistema de autoclave. Essa variedade torna

complexa a tarefa de escolha correta do adesivo/processo mais adequado ao

produto a ser unido.

Uma falha bastante comum é desenvolver a união em áreas de contato por

elementos mecânicos (parafusos, cavilhas, rebites, solda), e caso seja necessário

a aplicação do adesivo, não se ater à análise das áreas (flanges), nem seguindo

regras e critérios para definição e preparação das flanges a serem coladas. O

correto projeto e preparação das flanges afetam definitivamente os resultados

finais da junta colada em desempenho e durabilidade quanto às interações com o

meio ambiente onde a junta irá trabalhar. A estrutura e as características

químicas das superfícies a serem coladas afetam o sucesso de junta.

O processo de preparação, aplicação, pré-cura e cura total deve estar de acordo

com as características dos componentes ativos dos adesivos. Para alguns tipos de

adesivos se faz necessária a aplicação de energia térmica para iniciar a reação

química entre as moléculas, partindo de um material fluido com baixo peso

2

molecular sem carregamento entre as moléculas para um material sólido, estável,

com alto peso molecular capaz de receber esforços, sem falhas ou trincas.

O processo mais comum para obter uma cura com alto desempenho é a aplicação

de calor e pressão controlados. Para tal, é necessário levar em consideração as

características geométricas das peças e suas dimensões. Para melhor relação

custo- beneficio, grandes fornos realizam o processo de autoclave em grandes

painéis ou mesmo na asa completa de uma aeronave, pela confiabilidade e ganho

de peso proporcionados pelos adesivos estruturais.

Conforme descrito, a correta utilização dos adesivos exige conhecimento dos

materiais afetados diretamente, associado às características de projeto,

manufaturabilidade, análise de custos, capacidade de reparo das partes

adesivadas. As grandes estruturas (por exemplo a fuselagem de avião) estão

sujeitas às mesmas análises e critérios que as juntas adesivadas que as compõem.

Falhas podem ocorrer antes do previsto. Assim, a análise prematura das falhas e

o conhecimento necessário para o reparo adequado das juntas são fatores

importantes a serem considerados para novos projetos. É preciso estar a par dos

conceitos básicos de configuração das áreas a serem coladas, da preparação da

superfície e do processo a ser adotado para alcançar a performance desejada.

A área de projetos de carrocerias de chapa metálica tem por missão desenvolver

veículos com maior rigidez estrutural a fim de garantir a segurança e integridade

dos ocupantes nas diversas situações, porém, com redução de peso e melhor

relação peso/potência do conjunto veículo, permitindo a utilização de motores de

menor capacidade/consumo, com desempenho global aprovado pelo usuário.

Para tanto, são utilizados materiais metálicos com menor espessura, aços de

maior resistência (HSS- High Strengh Stell), endurecimento após passagem por

estufa (BH - Bake Hardening), etc. Ocorrem situações em que se faz necessária a

aplicação de reforços estruturais, adição de peça metálica unindo os componentes

com solda a ponto, o que exige novos equipamentos, criação de subconjuntos a

3

fim de permitir acesso, estações com robô em função da espessura final e posição

do conjunto a ser soldado.

Assim, este trabalho propõe-se analisar a utilização dos adesivos estruturais e sua

real contribuição na formação das novas carrocerias, com a rigidez estrutural

necessária associada à redução de peso, desenvolver novas junções, visando à

utilização do adesivo estrutural, possibilitar a eliminação dos reforços,

associados ou não à solda a ponto, sem gerar complexidade de montagem ou

novos equipamentos ou desmembramentos dos componentes em subconjuntos.

O intuito final é o aprimoramento dos conceitos de projeto para otimização do

adesivo estrutural, obtendo carrocerias mais leves, atendendo o requisito de peso

total associado à rigidez estrutural necessária, permitindo motores menores com

menor taxa de emissão de gases nocivos à atmosfera. A proposta do trabalho é

detalhar a utilização dos adesivos estruturais, já que sua aplicação não se resume

à substituição dos outros elementos de junção (solda / rebite / parafuso, etc.) mas

sim um projeto da junta especificamente desenvolvido visando à utilização

correta do adesivo (atenção às áreas de aplicação, distribuição de esforços, linha

de ação, etc.).

4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Adesivo, conforme definição da ASTM (American Society for Testing and

Materials) é a “substância capaz de reter materiais juntos pela superfície de

contato” [1]. A função do adesivo pode ser entendida por duas premissas:

• uma substância só poderá ser identificada como adesivo, analisando-se o

contexto em que é empregada, e

• um adesivo não existirá, se unir “nada com coisa alguma”; é indispensável

uma superfície para a configuração da união e do material como adesivo.

2.1.HISTÓRICO SOBRE ADESIVOS

Adesivos eram utilizados de sofisticadas maneiras em tempos ancestrais.

Escavações realizadas em Tebas encontraram materiais de 3300 anos a. C, como

um pote de cola e um pincel [2] para aplicação do adesivo em uma fina prancha

de peças folheadas com um tipo de verniz. No palácio de Knossos, em Creta, as

paredes foram pintadas com uma substância a partir da cal molhada, misturada

com minério de ferro para os tons vermelhos e cobre, para os azuis [3].

Os egípcios utilizavam goma arábica, formada pela folhas da acácia, ovos,

bálsamos semilíqüidos e resinas de outras árvores como cola para diversos fins.

Os caixões mortuários de madeira eram decorados com pigmentos adesivados

com gesso, uma mistura de giz de calcário e goma arábica. Os papiros, folhas de

material vegetal, possibilitaram o desenvolvimento da escrita no antigo Egito;

eram raízes amassadas e distribuídas em camadas com aplicação de material

adesivo que possibilitava a união das diversas camadas, aumentando sua

durabilidade, permitindo que fossem marcadas, escritas e desenhadas com tintas

especiais e enroladas para uso futuro [3]. Papiros foram encontrados em perfeitas

condições, garantindo a transmissão de informações por muitos séculos. Os

adesivos são descritos em passagens bíblicas, como o betume na construção da

torre de Babel (desde esses tempos a correta identificação do material já se

mostrava importante). Os adesivos e selantes tiveram importância estratégica nos

5

grandes ciclos das navegações mediterrâneas para calafetação à base de cera de

abelhas, como o piche à base da seiva dos pinheiros para calafetação que, depois

de preparado, com a temperatura adequada de cura, garantia a estanqueidade das

naus romanas.

Os adesivos naturais foram desenvolvidos e utilizados de diversas formas por

todas as culturas, porém, o grande avanço se deu a partir da Segunda Grande

Guerra mundial para atender as necessidades geradas pela falta dos materiais

tradicionais [4].

As resinas sintéticas surgiram na tentativa de obter uniões mais resistentes à

umidade. Na Primeira Grande Guerra aeronaves foram desenvolvidas utilizando

adesivos à base de material orgânico. Em maiores altitudes, para maiores

resistências, fizeram-se necessários materiais adesivos que garantissem a junção.

A primeira resina sintética foi o Formaldeído Fenólico usado na junção de

madeiras. No ápice da Segunda Guerra as resinas epóxis e fenólicas foram

melhoradas para atender a indústria aeronáutica que necessitava de aeronaves

com maior capacidade de carga, mais leves e com maior rigidez estrutural.

No período de 1975 a 1987 houve o aumento de 50% no uso de adesivos [4],

entre os quais os sete mais conhecidos (big seven) : acrílicos, cianoacrilatos,

anaeróbicos, polivinilacetato, acetato de etileno vinílico, bloco de copolímero de

estireno e poliuretanas, como mostra a Tabela 1.

6

Tabela 1 – Os setes grupos principais de adesivos e sua utilização, [4].

TIPO DE ADESIVO APLICAÇÃO

1 - Acrílicos Construção, têxtil, sensível à pressão,

automotivo, eletro-eletrônico, abrasivo,

embalagens, mobiliário

2 - Cianoacrilatos Eletrônico, uso doméstico, automotivo,

brinquedos, cosméticos,

eletrodomésticos, manutenção–reparo.

3 - Anaeróbicos automotivo, colagem estrutural,

manutenção–reparo.

4 - Polivinilacetato Construção, embalagens, têxtil,

mobiliário, consumidor, encadernação

de livros

5 - Acetato de etileno vinílico

Embalagens, têxtil, mobiliário, uso

doméstico, filtros, automotivo,

construção, encadernação de livros

6 - Bloco de copolímero de estireno

Embalagens, sensível à pressão,

automotivo, encadernação de livros

7 - Poliuretanas. Têxtil, embalagens, mobiliário,

automotivo, construção, calcados

7

2.2. DEFINIÇÕES A ASTM D907-89 [1] apresenta uma classificação dos adesivos, vide Figura 1 :

ADESIVO – substância capaz de manter unidos elementos pelo contato das

superfícies.

ADERENTE – elemento unido a outro elemento por adesivo.

SUBSTRATO – camada mais superficial do elemento, que, caso seja aplicado o

adesivo, possibilita sua junção a outro elemento.

PRIMER – cobertura previamente aplicada ao substrato do aderente a fim de

garantir melhor aderência do adesivo.

JUNTA ADESIVADA – conjunto de elementos unidos pelo adesivo.

ADESÃO – fenômeno que possibilita ao adesivo transferir uma carga do

substrato para a junta adesivada.

AB-HESÃO – o fenômeno da antiadesão, que identifica a menor adesão possível

entre os substratos ou a capacidade de deslizamento entre os substratos;

TEFLON ® e silicones são materiais ab-hesivos.

ADESÃO PRÁTICA - medida da força física de uma junta; as falhas numa junta

adesivada são identificadas como:

FALHA ADESIVA – falha entre o adesivo e o substrato do aderente, ruptura

entre substrato e adesivo

FALHA COESIVA – falha entre as camadas internas do adesivo, ruptura entre

adesivo e adesivo.

Figura 1 - Nomenclatura da junta adesivada , [5].

8

2.3. FUNÇÕES DOS ADESIVOS

Os adesivos têm diversas funções [6], que serão descritas a seguir.

a) Fixação Mecânica

A função principal dos adesivos é a fixação mecânica das superfícies / partes,

com carregamentos de um membro da junta para o outro, permitindo melhor

distribuição de esforços comparado às fixações mecânicas clássicas (parafusos,

pinos, rebites). Por essa característica, grandes estruturas adesivadas podem ser

confiáveis, por um processo mais simplificado, com o menor peso e custo final.

Como a junção se dá pela superfície, é possível a união de chapas de diferentes

espessuras. Os esforços distribuídos pela área de contato, como também o fato de

os processos de aplicação e cura não influírem com modificações mecânicas,

como furos nem exigirem bruscas modificações nas temperaturas de superfície,

não afetam microestrutura das ligas metálicas, permitindo uniões adesivadas

entre ligas de alumínio e/ou magnésio a temperaturas adequadas sem afetar a

integridade dos materiais componentes, diferente dos processos de soldagem ou

da concentração de esforços pela fixação mecânica com parafusos / rebites, que

exigem um tratamento especial na região.

b) Calafetação e Isolamento

Pela própria característica da união por contato entre as superfícies, os adesivos

formam barreira à penetração e ao ataque dos fluidos. Também atuam como

isolantes termoelétricos, que podem ter seu desempenho acentuado com o

acréscimo de materiais (espumas ou partículas metálicas) para garantir

conectividade elétrica entre os componentes.

9

c) Resistência à Corrosão e Vibração

Adesivos podem prevenir a corrosão galvânica em juntas metálicas com

materiais não similares, atuando também como barreiras para a vibração. As

características para isolação podem ser ajustadas conforme a formulação do

adesivo, lembrando que sua alteração afeta a resistência à tração etc. O

isolamento permite a substituição de peças formadas (controle de estoque, área

ocupado pelos estoques de pecas ao lado da linha) para o material bombeável

com aplicação manual ou automática (robôs). O material isolante permite melhor

controle de peso, o que reflete no peso final da carroceria do veículo, já que é

aplicado nas regiões exatas com características controladas para a barreira ao

som. O material é curado na estufa do primer, no caso da indústria

automobilística.

d) Resistência à Fadiga

A resistência à fadiga está relacionada à capacidade de barrar a vibração. Com a

especificação correta em função dos materiais envolvidos e características das

juntas, os adesivos são capazes de trabalhar com esforços repetitivos em ciclos

de carregamentos, sem propagação de falhas ou trincas.

e) Contornos suavizados das juntas

Os adesivos, em geral, não afetam a aparência das superfícies externas nas juntas

coladas, diferente dos parafusos, rebites ou porcas, que tornam visível a transição

nas juntas. Em situações onde a regularidade superficial e a aerodinâmica são

importantes (painéis unidos na asa, fuselagem de aviões / painéis no teto dos

automóveis), a suavidade nos contornos é determinante para não gerar ruídos

causados pelo vento e instabilidade com o desgaste prematuro. Atualmente as

pás dos rotores dos helicópteros são coladas, garantindo vida útil maior em

comparação ao antigo processo que utilizava elementos mecânicos na fixação

[6].

10

f) Limitações

Estruturas adesivadas devem ser cuidadosamente projetadas e utilizadas sob

condições controladas, respeitando o limite operacional do adesivo / junta

definido.

As limitações ocorrem devido à associação de diferentes tipos de esforços em

faixas de estresses da junta, esforços estáticos ou dinâmicos, condições do meio

ambiente como umidade, temperatura e exposição a vapores e/ou líquidos a que

são submetidas as juntas.

As juntas produzidas com adesivos orgânicos são afetadas pela aplicação

simultânea de umidade e esforço mecânico. Alguns adesivos, especialmente

aqueles que contêm componentes sensíveis à umidade, apresentam baixo

desempenho nessas condições. Juntas formadas por esse tipo de material não são

capazes de sustentar carregamentos constantes que produzem mais de 10% do

esforço da última falha em estado normal num curto período. Juntas produzidas

por outros adesivos (como os cianocrilatos ou uretanos) podem resistir 50% do

esforço de falha (failing stress) por períodos mais extensos. A durabilidade de

uma junta adesivada é influenciada não somente pelas propriedades do adesivo

como também pela preparação da superfície dos materiais a serem unidos. Se a

camada da superfície estiver fraca e suscetível à umidade, a junta também o será

[6].

11

2.4. VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS JUNTAS ADESIVADAS

A Tabela 2 detalha as vantagens e desvantagens das juntas adesivadas

Tabela 2 – Vantagens e desvantagens das juntas adesivadas, [6].

VANTAGENS DESVANTAGENS

- Melhor distribuição de esforços numa maior área de carregamento comparado às juntas com elementos mecânicos de fixação.

- Necessita de cuidadosa preparação da superfície dos materiais a serem unidos (aderentes).

- Possibilita a junção de materiais de diferentes espessuras em qualquer formato.

- Alguns materiais adesivos requerem longos períodos para cura total e liberação para uso normal.

- Possibilita a junção de qualquer combinação de materiais similares ou não.

- Limitação quanto à temperatura de serviço por volta de 175 °C (usual), porém, há adesivos disponíveis que atendem 370 °C em uso limitado.

- Minimiza ou previne contra corrosão eletroquímica entre materiais dissimilares.

- Temperatura e pressão podem ser requeridas no processo de montagem.

- Resiste à fadiga. - Dispositivos podem ser necessários para aplicação e montagem dos conjuntos adesivados.

- Promove juntas suavizadas que não afetam a aerodinâmica da superfície externa à junção.

- Normalmente necessário rígido controle das características do processo para garantir uma junta de qualidade.

- Permite a calafetação, isolamento (termoelétrico) e barreira contra a vibração num mesmo processo.

- Freqüentemente mais rápido e com menor custo quando comparado às juntas com elementos mecânicos de fixação.

- Temperatura necessária para a cura dos adesivos não afeta as características mecânicas dos metais a serem unidos.

- Limpeza posterior à aplicação do adesivo (anterior à cura) não difícil de ser executada na produção.

12

2.5. TEORIA DA ADESÃO As pessoas possuem uma classificação intuitiva e operacional da adesão de

componentes, geralmente associada à dificuldade de a junta adesivada se

desfazer, identificando o adesivo aplicado como “bom“ ou “ruim”. Como

exemplo, para proteger uma região que não deva ser pintada (mascaramento), a

“boa” fita deve desenrolar-se facilmente, garantir perfeita adesão à superfície da

região que irá mascarar, a tinta não deve penetrar nem pela fita nem pela borda

adesivada entre a fita e a região, não permitir a remoção, com a fita, do substrato

do aderente, garantir que a superfície do substrato permaneça limpa, sem

vestígios do adesivo, que a película de tinta entre a região pintada e a região

mascarada não fique picotada (característica específica da fita, com pequena

parcela de participação do adesivo). Se a mesma fita permanecer um período

acima do especificado e for exposta ao sol ou ao tempo, seu comportamento será

radicalmente alterado, não permitindo que a remoção seja fácil e limpa, com

ondulação e falha no mascaramento devido à umidade. Importante notar que o

adesivo nos dois exemplos é o mesmo e constante, porém, a ação dos aderentes

em função do meio afetou o resultado final do conjunto adesivado. Dessa forma,

a qualidade de um conjunto adesivado é resultado não unicamente do adesivo

aplicado, mas da interação dos componentes, das forças coesivas e adesivas e do

meio ambiente a que está submetida a junta.

Assim, de forma prática, aquilo que identificamos como adesão não é somente

uma característica intrínseca do adesivo ou polímero, mas as interações da junta

adesivada em relação ao meio e aos esforços a que está submetida. A percepção

de uma “boa“ ou “má“ adesão depende de como a junta é formada, como será

testada, as expectativas e se atende às condições de teste. As partes de uma junta

adesivada falam por si mesmas, separadamente: o adesivo, o aderente, o primer,

o tratamento superficial do substrato, mas é a interação das partes envolvidas que

caracterizará e definirá o desempenho da junta adesivada.

13

Apesar da grande variedade de adesivos disponíveis hoje, com características e

usos específicos, todos possuem quatro atributos básicos:

• através somente da superfície de contato, os esforços e carregamentos são

transferidos de um componente para o outro, numa junta adesivada;

• devem comportar-se como líquidos, ao menos durante o período inicial da

colagem, garantindo o molhamento da superfície dos aderentes;

• apresentam contínuos e, algumas vezes, variáveis carregamentos internos

através de toda a vida da junta adesivada;

• devem trabalhar em conjunto com outros componentes a fim de fornecer uma

junta adesivada durável, com resistência à degradação dos elementos pelo

meio ambiente ao qual será exposta.

A habilidade para carregamento dos esforços e a baixa viscosidade inicial a fim

de facilitar o rápido molhamento da superfície definem que tipo de material

deverá ser utilizado como adesivo.

Os mecanismos de adesão vêm sendo estudados há anos, gerando teorias que, em

conjunto (como o próprio conceito da adesão), apresentam propostas para

explicação do fenômeno como um todo [6]. A ligação do adesivo a uma

superfície (substrato), garantido o molhamento, é o resultado de:

• FORÇAS DE ORIGEM QUÍMICA –ligações químicas diretas entre as

interfaces.

• FORÇAS DE ANCORAMENTO MECÂNICO – ancoramento mecânico nas

rugosidades e porosidades superficiais dos componentes da junta.

• FORÇAS ELETROSTÁTICAS – atração eletrostática entre as superfícies de

contato.

É a interação dessas forças que produz a junção adesiva.

14

2.5.1. FORÇAS DE ORIGEM QUÍMICA 2.5.1.1.Teoria da Adsorção A ligação do adesivo a uma superfície (substrato) é o resultado das forças

mecânicas, físicas e químicas que interagem, permitindo a junção adesiva. Pelo

conceito de “Ancoramento Mecânico”, o adesivo preenche os poros e

rugosidades dos substratos do aderente; no caso das forças químicas, são as

ligações químicas e interações intermoleculares que ocorrem nas interfaces dos

sistemas heterogêneos.

A Teoria de Adsorção estabelece que a adesão resulta do contato intermolecular

íntimo entre dois materiais e envolve forças de superfície que se desenvolvem

entre os átomos, identificando o principal mecanismo de adesão desejada [14].

As forças de superfície, mais comuns, que formam a interface entre adesivo e

aderente são identificadas como Forças de Van der Waals, como também as

interações ácido – base e as pontes de hidrogênio.

15

2.5.1.1.1. Força de Van der Waals

Van Der Waals (Johannes Diderik van der Waals, 1837 – 1923) em 1873¸ tentou

explicar as propriedades dos gases reais pela Equação (1)

nRT)bV)(va

p(2

=−+ (1)

onde :

p : pressão do gás

v : volume

n : número de moles de gás

R : constante dos gases

T : temperatura em Kelvin

a – constante introduzida a fim de permitir a atracão entre as moléculas do gás,

conhecida como constante de atracão de Van Der Waals

b - constante introduzida afim de permitir volumes finitos de moléculas do gás

Em 1930, foram encontrados três diferentes efeitos que contribuíram para a

teoria da atração de Van der Waals:

1 – interação de momentos e dipolos permanentes de Keesom;

2 – ação polarizadora de uma molécula na outra de Debye;

3 – atração entre átomos apolares, originada de um efeito de mecânica quântica, de London.

16

2.5.1.1.2. Efeito Keesom Keesom (Willem Hendrik Keesom, 1876-1956) investigou as forças atrativas

entre duas moléculas com momentos de dipolo permanente. Como a atração

máxima acontece quando os dipolos estão alinhados do início ao fim (δ+ a δ-)

[14], o efeito é conhecido como efeito de orientação. A energia potencial de

atração mútua (VKeesom) para as duas moléculas iguais de dipolo permanente (µ) é

dada pela Equação 2

6

4

Keesom kTr32

Vµ−

= (2)

onde :

µ : energia potencial para o dipolo permanente

k : constante de Boltzman (Ludwig Boltzmann 1844 -1906)

T : temperatura em Kelvin

r : distância entre duas partículas carregadas

Ou entre as diferentes moléculas de momentos de dipolo µ1 e µ2 , pela Equação

(3).

6

22

21

Keesom kTr32

Vµµ−

= (3)

17

2.5.1.1.3. Efeito Debye Debye (Peter Josephus Wilhelmus Debye,1884 – 1966) observou que, se as

forças atrativas fossem simplesmente devidas ao efeito Keesom, a dependência

da temperatura poderia existir, levando à redução significativa de atração em

altas temperaturas, o que não ocorria na prática, de acordo com as experiências.

Debye concluiu que um efeito atrativo adicional existia e investigou a ação

polarizadora de uma molécula em outra. A expressão obtida para a energia

potencial de atração mútua de duas moléculas iguais (VDebye) é dada pela

Equação (4) :

6

2

Debye rV

αµ−=

(4)

onde :

α : polarisabilidade da molécula

µ : energia potencial para o dipolo permanente


Para duas moléculas diferentes a Equação (5) fica:

6

212

221

Debye rV

µα+µα−=

(5)

A dificuldade fundamental ainda existia, uma vez que todos os estudos foram

feitos com gases inertes. Do ponto de vista da mecânica ondulatória essas

moléculas eram simetricamente esféricas e numa base de tempo médio não

possuíam um momento de dipolo ou quadripolo [14].

18

2.5.1.1.4. Efeito London Segundo London, se, ao invés de um efeito de tempo médio, considerássemos

uma foto instantânea das moléculas, várias configurações eletrônicas ocorreriam.

Assim, para curtos tempos de vida, as moléculas poderiam possuir dipolos, que

induziriam dipolos nas moléculas vizinhas. A conseqüência dessa interação é a

atração entre as moléculas. London encontrou, por tratamento mecânico quântico

do problema, a energia potencial de atração mútua (VLondon) dada pela Equação

(6) :

6

20

London r4h3

Vαυ−

= (6)

onde :

h: constante de Planck (Max Planck (1858-1947)

υ0 : freqüência característica da molécula

α : polarisabilidade da molécula


Para duas moléculas α1 e α2 e freqüências características ν1 e ν2, a Equação (7)

fica:

621

21

21London r)(2

)h(3V

ααυ+υυυ−

= (7)

A freqüência característica ν0 é geralmente relacionada com a fórmula de

dispersão e, por essa razão, as forças de London são geralmente mencionadas,

quando se trata de forças de dispersão. O quantum de energia h.ν0 foi

considerado por London igual ao potencial de ionização de uma molécula.

19

2.5.1.1.5. Teoria da Quimissorção

Quimissorção é o mecanismo das ligações químicas primárias que podem se

formar através das superfícies de contato. Ligações químicas são fortes e

proporcionam significativa contribuição à adesão intrínseca em alguns casos.

Como exemplo, forças químicas primárias têm energias de superfície variando

entre 60-1100 kJ/mol, consideravelmente mais altas que energias de forças

secundárias (0,08 – 5,0 kJ/mol) [14]. Agentes de acoplamento e promotores de

adesão são utilizados para auxiliar a fixação do adesivo na superfície por reação

química.

2.5.1.2.Teoria da Difusão

A Teoria da Difusão é observada no contato de polímeros interdifundindo-se,

quando a barreira inicial é removida. Essa interdifusão ocorrerá, somente se os

polímeros forem móveis (a temperatura deve estar acima da transição vítrea) e

compatíveis. Entre os polímeros, incluem-se aqueles com estruturas químicas

muito similares, como o polietileno e o polipropileno, que são incompatíveis. A

teoria geralmente é melhor aplicada em ligações, como borrachas poliméricas,

como também quando superfícies revestidas com adesivos de contato são

pressionadas juntas e no solvente de soldagem de termoplásticos. Um exemplo

de estrutura modificada por difusão é inchar as superfícies do poliestireno com

butanona e pressionar um contra o outro. O solvente tem a função de abaixar a

temperatura de transição vítrea para temperaturas menores que a temperatura

ambiente, enquanto ocorre a interdifusão; posteriormente, o solvente se

evaporará [14]. Este é o mecanismo de adesão para fabricação de kits de modelos

plásticos. Os kits são feitos de poliestireno e o adesivo é uma solução de

poliestireno com solvente orgânico. Um pequeno número de polímeros é

compatível por interações específicas. Um par é polimetacrilato de metila e o

outro policloreto de vinila que permite a interdifusão, quando adesivos de

estrutura acrílica são usados para ligar o policloreto de vinila.

20

2.5.2. FORÇAS MECÂNICAS – ANCORAMENTO MECÂNICO

O conceito de ancoramento mecânico ocorre, quando o adesivo penetra nos

poros, fendas, aberturas ou outras irregularidades da superfície que adere ao

substrato, travando-a mecanicamente. O adesivo deve molhar o substrato como

também possuir propriedades reológicas específicas para penetrar nos poros e

fendas num período de tempo razoável. Desde que uma boa adesão ocorra entre

as superfícies lisas do aderente, o ancoramento ajuda a promover a adesão,

porém, não é um mecanismo único [5].

O pré-tratamento da superfície que receberá o adesivo garante estabilidade na

rugosidade, permitindo o ancoramento do adesivo de forma constante e,

principalmente, uniforme e conhecida. Estes pré-tratamentos resultam em micro-

rugosidades na superfície do aderente, o que melhora a força de ligação e

durabilidade da junta. A preparação da superfície permite uma cinética de

molhamento melhorada e uma maior superfície de contato do adesivo, já que este

alcançará todos os picos e vales da micro-superfície rugosa, vide Figura 2.

Figura 2 - Efeito da aspereza da superfície adesivada, [1].

21

2.5.3. FORÇAS ELETROSTÁTICAS – TEORIA ELETROSTÁTICA Dois metais, quando em contato superficial, elétrons serão transferidos de um

para outro, formando uma dupla elétrica, permitindo a tração elétrica entre as

superfícies, conforme a Teoria da Eletrostática [5]. Como uma das características

dos polímeros é a capacidade de isolamento, afigura-se difícil aplicar esta teoria

em adesivos.

22

2.6. MOLHAMENTO E ESPALHAMENTO

Para obter boa adsorsão é necessário contato íntimo a fim de que as interações de

Van der Waals, interações ácido-base ou outros tipos de interações ocorram, por

isso, um bom molhamento é essencial. De acordo com a Equação de Young [14]

, Equação (8), as tensões superficiais nas três fases de contato são relacionadas

com o ângulo de contato θ, conforme ilustra a Figura 3.

θγ+γ=γ cosLVSLSV (8)

onde:

γSV: tensão superficial sólido - vapor

γSL: tensão superficial sólido - líquido

γLV: tensão superficial líquido – vapor

Figura 3 - Ângulo de contato da gota de líquido numa superfície plana, [1].

Outro importante fator é a habilidade do adesivo de espalhar-se espontaneamente

no substrato, quando a junta é formada. O molhamento espontâneo ocorre,

quando, conforme Equação (9) :

LVSLSV γ+γ≥γ (9)

Para um bom molhamento, a tensão superficial do adesivo líquido deve ser

menor que a tensão superficial do substrato sólido[14], conforme Equação (10) :

SLSV γ≥γ (10)

23

2.7. JUNTA ADESIVADA

2.7.1. INTRODUÇÃO

A resistência à ruptura de uma junta adesivada é determinada por diversos

fatores:

propriedade mecânica dos materiais envolvidos

extensão do contato entre as superfícies (número de faces, extensão, tipo e

distribuição dos vazios)

presença de tensões internas à junta

geometria da junta

detalhes mecânicos do carregamento

preparação das superfícies

Um padrão uniforme de tensões numa junta adesivada é raramente produzido

pela aplicação de uma força externa. As fraturas iniciam, quando tensões locais

excedem a resistência naquela região. Este raciocínio não está explicito na

expressão de resistência à ruptura onde a média determinada pela força de

ruptura pela área [17].

A tensão local pode ser maior que a média das tensões, a qual determinará a

força real a que a junta poderá resistir. Esses efeitos deverão ser minimizados ou

compensados.

Tensões internas à junta também são produzidas pela diferença de expansão

térmica dos materiais (aderentes e adesivos), durante o processo de aplicação e

de cura, como também pelo encolhimento do adesivo, quando da mudança da

forma líqüida para a sólida.

É preciso levar todos esses fatores em consideração para que, no processo de

junção dos materiais, as forças internas geradas na cura dos adesivos não

fragilizem a junta, tornando-a vulnerável.

24

Para analisar as propriedades mecânicas de junções por adesivos em geral, é

preciso levar em consideração:

• as propriedades mecânicas dos substratos

• as propriedades mecânicas e reológicas do adesivo

• a geometria da junção

• a adesão entre o adesivo e os substratos.

A resistência real de uma junção por adesivo é chamada ADESÃO PRÁTICA

(tensão necessária para romper a junção) e deve ser diferenciada da adesão

propriamente dita, pois depende das propriedades do adesivo e do substrato.

2.7.2. TIPOS DE FALHA EM UMA JUNTA ADESIVADA

Existem dois tipos de falha de uma junta unida por adesivo:

FALHA COESIVA – se a falha ocorre por rompimento no interior do filme

de adesivo, o que pode ser observado, quando existem resíduos de adesivo

nas faces dos substratos da junta, conforme apresentado na Figura 4 .

•

Figura 4 – Indicação da região referente as falhas coesivas , adesivas e

delaminação do revestimento metálico, [5].

25

• FALHA ADESIVA – a falha ocorre por destacamento do adesivo do

substrato, o que pode ser observado, quando o adesivo permanece totalmente

em um dos substratos, não havendo vestígios aparentes no outro lado da junta

(no outro substrato), conforme apresenta a Figura 4. Esta falha pode ser real

ou aparente, pois é comum ocorrer uma falha de coesão muito próxima de

um dos substratos, de modo que o filme residual de adesivo não é observável

visualmente (olho nu), mas pode ser detectado por técnicas de análise de

superfície, conforme mostrado na Figura 4.

• FALHA de DELAMINAÇÃO do REVESTIMENTO METÁLICO

A falha ocorre na ligação e fixação do revestimento metálico (revestimento

de zinco aplicado no metal base ainda na fase de produção da chapa metálica

na usina). Como o adesivo interagirá com o revestimento, caso este não

possua perfeita aderência ao metal base, a junta falhará porem sem a ação

direta do adesivo, conforme mostrado na Figura 4.

2.7.3. CARREGAMENTOS EXTERNOS

Os principais esforços sofridos por uma junta ocorrem de três modos: tração,

cisalhamento e compressão, conforme mostrado na Figura 5. No caso da juntas

adesivadas, os esforços de compressão não apresentam riscos, mas favorecem a

união.

Figura 5 – Carregamentos em juntas, [15].

26

Em geral, a resistência ao cisalhamento é muito maior que as resistências à

tração, à clivagem e ao despelamento nas juntas adesivadas. Assim, para obter o

máximo em resistência nas juntas adesivadas, deve-se enfatizar os esforços de

cisalhamento, quando do projeto de uma junta.

De acordo com as propriedades físicas do adesivo, a formulação envolve um

compromisso viscoelástico, relacionado a aspectos de composição química e

estrutura dos componentes do adesivo. Desse modo, alguns princípios gerais

(qualitativos) devem ser estabelecidos como guias para a formulação.

Como os adesivos são componentes de estruturas formadas de diferentes

materiais, há diferentes propriedades mecânicas envolvidas, com restrições

internas à estrutura. Um simples modo de carregamento externo normalmente

produz tensões complexas, não uniformes. Desalinhamento de esforços em

função da espessura das juntas pode produzir modos de tensão que não existem

no carregamento externo, como também um pequeno desalinhamento num

carregamento externo pode causar grandes concentrações de tensões na junta.

O tipo mais comum de junta para a elaboração de corpos-de-prova é a sobreposta

que, quando tensionada em cisalhamento, desenvolve padrão de tensão não

uniforme ao longo da sobreposição da junta, conforme Figura 6.

Figura 6 – Junta simples sobreposta, [15].

27

Concentrações de tensão, que podem ser, muitas vezes, maiores que a média da

tensão de falha da junta, desenvolvem-se nas extremidades da sobreposição da

junta, devido a dois fatores[6].

• diferença de deformação entre o adesivo e o aderente em função do

carregamento e

• torção do ponto de junção provocada pelo desalinhamento da linha de ação

dos esforços em função da espessura da junta.

Desalinhamento no carregamento é uma característica de junta simples

sobreposta, que gera torção dos esforços na união. Se o momento torçor é muito

grande, os aderentes giram e carregam o final da junta com tensão normal à linha

de adesão.

A concentração de esforços no final da junta simples sobreposta apresenta um

comportamento característico. A média da tensão de ruptura decresce com o

aumento do comprimento na região da junta, porém, é independente de sua

largura. Na realidade, a tensão de ruptura aumenta com o aumento do

comprimento na junta, mas alcança um valor-limite, quando a sobreposição

começa a ficar muito grande. A tensão de ruptura de uma junta simples

sobreposta não é proporcional à área falhada, nem os esforços são iguais para a

mesma área construída, mesmo respeitando as características dos materiais

envolvidos.

As tensões numa junta simples são proporcionais à área sobreposta somente com

um comprimento de junta constante e se a área é variável na largura da junta.

Assim, uma junta com 25 mm de largura por 125 mm de comprimento é mais

fraca que uma junta com 125 mm de largura por 25 mm de comprimento [6].

A média da tensão de ruptura de uma junta simples sobreposta é determinada

pela máxima tensão no final da junta. Modificações na junta permitem

distribuição mais uniforme de esforços, promovendo juntas mais resistentes.

28

2.7.4. ABORDAGENS PRÁTICAS QUANTO A RESISTÊNCIA JUNTA

Existem sugestões para melhorar a resistência da junta, que são baseadas na

observação prática durante a elaboração e teste de juntas coladas. Dentre as

sugestões pode-se citar [6]:

• reduzir a torção da junta pela estruturação dos aderentes;

• permitir que a junta torça mais facilmente em função da redução da espessura

dos aderentes, o que permite que o adesivo fique menos tensionado no final

da junta;

• modificar as características do adesivo, como a capacidade de adesão ou

espessura da camada a fim de permitir maior resistência a maiores esforços.

• diminuir a largura de sobreposição da junta;

• associar uma fixação mecânica (rebite, solda a ponto), próxima ao final da

junta, aumentando o rendimento geral da junta (adesivo + fixação mecânica).

29

2.8. PROCESSO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE

A preparação da superfície dos aderentes (materiais a serem unidos pela

superfície pelo adesivo) é o primeiro cuidado para obtenção de uma junta

adesivada de qualidade com características controladas. O tratamento difere em

função dos materiais e do grau de complexidade exigido pela junta, desde uma

simples limpeza com solvente em poucos minutos até um pré-tratamento de

diversos estágios e tratamento químico da superfície com duração de 30min ou

mais [6].

O pré-tratamento visa remover a camada superficial original, desconhecida e não

uniforme dos componentes a serem unidos pelo adesivo e, a partir do processo de

limpeza e tratamento químico superficial (caso necessário), garantir uma

superfície controlada, conhecida, com repetibilidade e uniformidade nos

conjuntos ou junções com as características previamente definidas. No caso de

aderentes que, em função dos processos de transformação anteriores, receberam

óleos e/ou desmoldantes, é necessário que a superfície seja preparada ou o

adesivo definido possua a capacidade de assimilar e dissolver óleos / graxas na

sua composição interna, permitindo uma junta adesivada uniforme e controlada.

É importante que o processo seja conhecido e estável, definindo um padrão de

superfície, para permitir o controle. Caso a junta necessite de pré-limpeza /

tratamento, deve atender a um padrão de uniformidade.

30

2.8.1. PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE METÁLICA

A colagem dos adesivos é o tipo de método de junção que é fortemente

dependente das propriedades da superfície do material. Uma única camada com a

espessura de uma molécula de contaminante pode atrapalhar a molhabilidade

ideal do adesivo na superfície do aderente, impedindo o preenchimento da junta e

o contato íntimo entre os substratos que serão colados e o adesivo.

A profundidade das interações entre o adesivo e o substrato pode variar de

acordo com o tipo de material. Para materiais cristalinos com um acabamento

perfeito, a interação pode abranger um ou dois planos cristalinos. Já para madeira

e outros materiais porosos, a interação pode ser várias centenas de nanômetros

[7].

Na maioria dos casos envolvendo superfícies metálicas, as energias entre o

adesivo e o substrato são suficientes para promover o molhamento e a

conseqüente adesão. Contudo, em muitos polímeros, a adesão e o molhamento

adequado para dar a resistência necessária à junta não ocorrem, a menos que as

superfícies sejam polarizadas por oxidação, tratamentos por plasma, etc.

Nas superfícies rugosas a área é maior que nas superfícies lisas com as mesmas

dimensões. O aumento de superfície de contato possibilita melhor distribuição

das forças e da carga aplicada entre os dois materiais a serem unidos. A

superfície de um material pode possuir composição química diferente da

composição do seu interior, o que pode acarretar problemas de corrosão ou

adesão da superfície com o interior do material. Em alguns metais, a propriedade

de adesão da superfície modificada quimicamente pode ser muito importante

para o processo de adesão, como é o caso do alumínio, cujo óxido promove uma

melhor fixação do adesivo e possui uma adesão boa entre o metal e o óxido. Já o

óxido de ferro formado na superfície não tem adesão ao ferro metálico,

impossibilitando a utilização do óxido para fixação do adesivo [7].

31

É preciso considerar sempre o tratamento da superfície em conjunto com as

outras propriedades dos adesivos, para definir a adesão entre os materiais.

Existem alguns procedimentos para a preparação superficial anterior a junção:

• nenhum tratamento (menor custo, porém, pior reprodutibilidade);

• lavagem por solvente;

• lavagem por vapor de solvente;

• abrasão mecânica;

• tratamento por plasma;

• ataque químico ou decapagem;

• deposição química e

• anodização por ácido fosfórico (maior custo porém melhor

reprodutibilidade).

Um processo de limpeza não pode ser considerado bom ou ruim, apenas ser, ou

não, selecionado adequadamente segundo as condições de adesão e custos, o que

envolve a análise da qualidade necessária da junção. Os processos estão listados

de acordo com a sua reprodutibilidade.

32

2.8.2. PROCESSOS DE LIMPEZA

A limpeza com solvente ou desengraxe por vapor é o mínimo tratamento

superficial à pré-adesivação em superfícies metálicas, mesmo para os processos

mais complexos e longos.

O nível de tratamento de pré-limpeza da superfície metálica a ser adesivada é

diretamente proporcional à criticidade, responsabilidade e ambiente a que a junta

estará exposta, em situações onde o elemento único de ligação entre os

componentes será o adesivo.

A tensão inicial na junta não é indicador suficiente de sua durabilidade, quando

exposta ao serviço. Juntas com o mínimo pré-tratamento superficial deverão

apresentar as mesmas tensões de ruptura de juntas de mesmo material dos

aderentes, porém, com pré-tratamento químico mais elaborado, apresentarão uma

durabilidade reduzida, quando expostas a ambientes adversos à junção de

materiais por adesivos (umidade/temperatura).

Pré-tratamento químico em superfícies metálicas geralmente consiste na imersão

em desengraxantes líqüidos em alta temperatura, com posterior enxágüe em água

para eliminação do desengraxante ativo da superfície e processo de

secagem.Tratamentos à base de ácidos e oxidação são mais agressivos, por isso,

devem possuir controle rigoroso para não atacar em excesso a superfície a ser

adesivada. Tratamentos à base de ácido sulfúrico ou solução de dicromato de

sódio para preparação de superfícies de alumínio ou soluções alcalinas de

hipoclorido podem ser utilizados em superfícies aderentes de cobre [6].

33

a) Nenhum tratamento.

No caso de não ser feito nenhum tratamento, a superfície continuará com toda a

irregularidade. Tal processo de limpeza não é reproduzível. Cada superfície tem

um grau de rugosidade e composição química diferentes, causando desvios

durante a adesão para várias superfícies.

Na indústria automotiva, onde o material principal são os painéis estampados de

aço, a aplicação dos adesivos estruturais na formação das carrocerias de chapas

de aço, as superfícies de contato que receberão os adesivos não são tratadas, pois

seria necessário preparação específica das etapas do processo já existente para os

demais processos de junção, exigindo altos investimentos. As chapas metálicas

são transformadas em peças pelo processo de estampagem, onde são utilizados

óleos especiais para correta deformação sem rachaduras, excessivas rugas ou

estricção. As chapas seguem sem prévia limpeza, pois oneraria em excesso o

processo.

Os painéis são enviados para a área de submontagem (“área de armação de

carroceria”) com uma película de óleo de estampagem. A responsabilidade de

absorver este óleo e ainda garantir união entre os materiais metálicos é exclusiva

dos adesivos (ou materiais selantes resistentes à solda a ponto), que são

desenvolvidos com a característica específica de absorção.

b) Lavagem por solvente

A lavagem por solvente é capaz de remover a maioria dos contaminantes

orgânicos, mas são necessários outros artifícios, para evitar que os contaminantes

sejam depositados novamente, e boa ventilação do local onde o tratamento será

realizado.

34

c) Lavagem a vapor

A lavagem a vapor é similar ao processo de lavagem por solvente, com a

vantagem principal de não permitir a deposição do contaminante sobre a área

anteriormente limpa. A limitação está no processo que está restrito a pequenas

peças (joalheria ou peças especiais de aeronáutica).

d) Abrasão mecânica

Este processo é realizado pelo jateamento de diversos materiais, a partir do mais

tradicional, onde a areia é utilizada como material abrasivo até as esferas de

vidro, aço e materiais orgânicos, como cascas de nozes. A especificação do

material a ser jateado é em função do material a ser limpo e seu grau de abrasão.

É necessário que seja realizado em câmara selada para que o contato com o ar

ambiente não inicie o processo de corrosão da superfície limpa.

e) Tratamento por plasma

Tratamento por plasma, tratamento por descarga elétrica ou CDT (Corona

Discharge Treatment), são utilizados principalmente para melhorar as

características polares das superfícies e as propriedades mecânicas e aumentar a

capacidade de unir polímeros com baixa energia de superfícies (PE - Polietileno,

PP - Polipropileno). Em uma câmara fechada a vácuo, é aplicado o plasma sobre

a superfície a ser tratada; a atmosfera em que é feito o tratamento tem influência

nas características finais do acabamento.

O CDT é feito geralmente à pressão atmosférica, de forma contínua, não

necessitando de vácuo.

35

f) Ataque químico

Este processo remove as camadas atômicas mais superficiais e deixa expostas

camadas atômicas mais homogêneas, porém, apresenta os mesmos

inconvenientes dos processos de limpeza por solvente, onde há o risco de

contaminação de uma área anteriormente limpa por uma camada não homogênea

ou deposição de contaminantes. Com deposição controlada de uma camada

atômica obtém-se uma superfície bem controlada e reprodutível, sendo um dos

melhores processos de tratamento de superfície, apesar de excessivamente caro.

g) Deposição química

Com deposição de uma nova camada atômica sobre a superfície do material,

pode-se obter uma superfície bem controlada da camada final, com as

características controladas para a adesão.

2.8.3. APLICAÇÃO DE PRIMERS

A superfície dos materiais não é isenta de variações. Dependendo do histórico do

material, ela pode sofrer ou não mudanças que devem ser contornadas de alguma

forma. Neste caso, é recomendável a aplicação de primers na superfície com o

intuito de modificá-la e prepará-la para melhorar o contato e aderência com o

adesivo em si. São três as funções dos primers [6] :

• proteger o substrato de contaminações ou alterações da

superfície durante o período entre a preparação da superfície e

a aplicação do adesivo;

• penetrar nas micro-rugosidades e porosidades, nivelando a

superfície, e

• dissolver pequenas quantidades de contaminações orgânicas.

36

Os primers são geralmente soluções diluídas dos adesivos que serão aplicados

em solventes orgânicos, o que faz com que sua viscosidade seja muito menor que

a dos polímeros adesivos.

Os primers possibilitam a existência do polímeros em regiões nas quais não

conseguiriam penetrar devido à alta viscosidade, aumentando a energia de

adesão. Assim, temos uma camada de menor espessura, mais maleável que

possibilita melhor interação com o aderente, garantindo uma região de melhor

contato.

Os primers ainda podem servir como veículo para os outros componentes, com

as mais diversas finalidades, como inibir a oxidação, proporcionar melhor

molhabilidade e controlar o espalhamento.

Compatibilizantes, materiais diferentes dos primers, também possibilitam ao

polímero aderir a uma superfície que não é a superfície do substrato, mas

intimamente ligada a este (preparador de superfície).

37

2.9. TIPOS DE ADESIVOS

A interdependência entre os aderentes, preparação da superfície de contato e o

próprio adesivo influem na qualidade e características da junta adesivada.

Um adesivo é normalmente uma mistura de vários materiais, dos quais

dependem as propriedades desejadas na junta final. O material básico de colagem

pode ser qualquer substância que produza adesão entre as superfícies.

Solventes são usados em muitos sistemas para obter controle de viscosidade. Em

alguns casos, moléculas de baixo peso e de alta fluidez são adicionadas à resina

para ajudar no controle da viscosidade.

Cargas, como óxidos metálicos, pós minerais e alguns tipos de fibras, são usadas

para diminuição do coeficiente de expansão térmica, intervalo de temperatura de

uso controle de reforço e viscosidade, principalmente quando se deseja uma

resina tixotrópica. O mais comum deste material é uma ultrafina rede de sílica,

como o Cal-O-Sil, (Sílica Pirogênica) [6].

Catalisadores e endurecedores ativam o sistema de resinas, especialmente

quando são termofixas. Ácidos, bases, sais, álcoois, compostos sulfonados e

perióxidos são alguns tipos de materiais catalisadores. A seleção deve ser

baseada no conhecimento do mecanismo de reação de polimerização que

acontece durante a cura ou endurecimento do adesivo. Catalisadores são muito

importantes na formação da junta final. Uma quantidade de catalisador acima ou

abaixo do recomendado pode causar um resultado de junta fraca [8] e [9].

Há vários tipos e grupos de adesivos, classificados a partir de seu uso,

composição química e modo de aplicação. Um adesivo estrutural, por exemplo,

normalmente é utilizado para aplicações de alta responsabilidade (quando o

adesivo é o responsável único pela união). A expressão “estrutural primário”

38

descreve adesivos de altíssima responsabilidade, como os utilizados na indústria

aeronáutica e naval, e “estrutural secundário”, outras aplicações, adotando-se,

arbitrariamente, um valor de resistência de 6,8 MPa (1000 psi) para diferenciar

os dois tipos [8] e [9].

Tal definição é considerada por muitos insuficiente, pois quase todas as empresas

têm especificação para ambos os casos, sempre em diferentes contextos. O

adesivo não estrutural não suporta uma carga apreciável e pode ser usado várias

vezes na mesma superfície.

Os adesivos, por suas características físicas, podem ser: termofixos,

termoplásticos e outros tipos.

2.9.1. ADESIVOS TERMOFIXOS

Resinas termofixas são substâncias sintéticas orgânicas que podem ser

convertidas por reação química em permanente cura, praticamente infusível, em

sólido insolúvel. Essas resinas são polímeros de alto peso molecular para formar

substâncias rígidas e com alta resistência mecânica. Resinas termofixas

normalmente têm um alto módulo de elasticidade, não suportam combustão e

têm boa resistência química. Quando reage, o sistema termofixo não é liqüefeito

pelo aquecimento, mas pode ser deteriorado ou decomposto sob temperaturas

acima de suas limitações [6].

Os adesivos termofixos estão disponíveis em três formatos: liqüido, em pasta e

sólido.

Em aparência líqüida possuem geralmente alta fluidez; apresentados em um

componente ou em duas partes, podem ou não conter cargas sólidas, com ou sem

corantes. Certos sistemas podem ser identificados como 100% sólidos, cujos

componentes já estão no estado sólido ou são completamente reagentes com um

componente sólido; podem conter um não-reativo, solvente volátil ou

dispersante, necessário para a existência do sistema ou para garantir as

características de aplicação. Eventualmente, um componente de um sistema de

39

duas partes (normalmente o agente de cura) é sólido, requerendo que os dois

componentes sejam misturados a altas temperaturas para que seja alcançado

ponto de amolecimento e mistura do componente sólido. A distinção entre os

formatos líqüido e pastoso (embora ambos sejam fluidos) se dá pelo fato de as

cargas aplicadas nas pastas serem diferentes, mais carregadas com cargas sólidas

ou levemente mais densas. Certas pastas são modificadas para garantir as

características tixotrópicas (gel, quando em repouso, mas tornando-se fluidas,

quando agitadas) de modo que a massa do adesivo não seja deformada, caia ou

flua pelos espaços dos componentes a serem unidos pelo adesivo, a menos que

sejam conformados por uma ação mecânica para a correta aplicação (por

exemplo, sendo distribuídos pela superfície da junção pela espátula) ou que não

escorram para fora da região de união numa posição vertical durante a aplicação

ou, mesmo, durante a cura do adesivo, nem que dificulte o posicionamento dos

componentes a serem unidos pelo adesivo em forma de pasta.

Adesivos termofixos também são apresentados na forma de filmes com ou sem

proteção mecânica (papel ou plástico que protege a camada adesiva). Filmes

podem ser cortados ou estampados em diversas formas, permitindo peças pré-

formadas, adequando-se às áreas a serem adesivadas. O manuseio e aplicação

dos adesivos em forma de filmes (sólidos) não exigem preparação e limpeza das

áreas, como quando se aplica o mesmo adesivo no formato líqüido ou pastoso.

Tal característica é uma das maiores vantagens do formato sólido (filme) em

relação ao formato líqüido ou pastoso. O armazenamento refrigerado para alguns

tipos de adesivos em forma de filme prolonga o tempo de estocagem,

principalmente para os adesivos compostos por um único material. A

refrigeração é indispensável para os filmes adesivos que reagem e curam à

temperatura ambiente.

40

2.9.2. ADESIVOS TERMOPLÁSTICOS

As resinas termoplásticas são normalmente empregadas para união de

componentes com superfície de metal ou plástico. Não são tidas como bons

adesivos, principalmente quando submetidas a elevadas temperaturas; amolecem,

quando aquecidas e endurecem, quando resfriadas, como uma barra de manteiga.

As resinas termoplásticas mais comuns são a polivinil, acrílica, celulósica e

poliamida [6].

Os adesivos termoplásticos são encontrados nos mesmos formatos que os

termofixos, à exceção do pastoso. Na forma líqüida, pode ser uma solução e/ou

uma dispersão da base do polímero termoplástico e de outros ingredientes em um

veículo volátil; podem ser 100% sistemas sólidos, contendo um monômero

líqüido, prepolímero e catalisadores líqüidos, a que é adicionado um acelerador

que induza a polimerização para o estado sólido, polímero com alto peso

molecular. Adesivos termoplásticos também estão disponíveis na forma sólida

(principalmente no formato de filmes protegidos ou não por filme de papel ou

plástico), na forma de granulado, de cordão extrudado, flexível ou rolo

apropriado para aplicação automática.

Os filmes adesivos termoplásticos são convertidos na forma fluida por solvente

ou temperatura. A ativação por solvente somente é apropriada em aplicações

onde um ou ambos os componentes aderentes são sensíveis ao solvente, por

exemplo, por difusão. A ativação por temperatura é utilizada, quando os

aderentes não são permeáveis e são capazes de resistir às temperaturas requeridas

para a ativação. Nesses componentes, a temperatura cura as resinas termofixas.

Esta técnica de ativação também é utilizada para a junção de substratos, um ou

ambos, revestidos com um adesivo à base de solvente apropriado, curado sem o

efeito de tack (pega por contato característico de material adesivo, quando não

curado).

Adesivos termoplásticos que não contenham nenhum tipo de resina reativa à

temperatura e que são aquecidos para se tornarem fluidos e melhorar a aplicação

41

são conhecidos como ‘cola quente” (hot melt). Muito utilizados em artesanato

por sua fácil aplicação com sistema de pistola, são também apropriados para

produções em alta velocidade, devido à possibilidade de automatização do

processo, como na indústria eletrônica..

2.9.3. OUTROS TIPOS DE ADESIVOS

Alguns adesivos possuem mecanismos únicos de cura. Adesivos anaeróbicos de

um componente, que permanecem fluidos na presença de oxigênio, mas curam e

tornam-se sólidos na ausência do mesmo, possuem características de resistência

equivalente aos adesivos estruturais. Adesivos anaeróbicos de um componente

ativo curam à temperatura ambiente em várias horas. A cura pode ser acelerada

em questão de minutos em altas temperaturas com o uso de primers /

aceleradores. Os adesivos à base de ciaonacrilatos curam em curto período de

tempo (variando de 10 a 15 segundos), se condicionados a finíssimas espessuras

de filme adesivo entre partes devidamente ajustadas e fixadas. O mecanismo de

cura é uma polimerização aniônica induzida pela presença de base [6].

A fina camada do filme de umidade usualmente presente nas superfícies expostas

em atmosfera normal já é suficiente para o endurecimento dos materiais, se estes

forem aplicados em finíssima camada entre os componentes. Também estão

disponíveis adesivos que possuem o sistema de cura, quando expostos à luz

ultravioleta, a um feixe de elétrons e à umidade.

42

2.10. CLASSES DE ADESIVOS

Os adesivos são divididos em cinco grupos clássicos [6].

• ESTRUTURAIS

• COLA QUENTE (HOT MELT)

• SENSÍVEIS À PRESSÃO

• À BASE D’ÁGUA

• CURA POR ULTRAVIOLETA (UV) E FEIXE DE ELÉTRONS (FE)

As Tabelas 3 e 4 a seguir apresentam as principais características dos adesivos,

suas vantagens e limitações. Neste trabalho, foram empregados somente os

adesivos estruturais com base epóxi.

43

Tabela 3 – Características dos vários tipos de adesivos, [6].

Tipos de Adesivos

Características

Estrutural

Juntas podem ser submetidas a grandes taxas da carga máxima de falha de carregamento no ambiente de serviço. A maioria dos materiais são termofixos. Sistemas compostos de um ou dois componentes. Cura do adesivo em temperatura alta ou ambiente. Larga escala de custo. Diversas famílias químicas com variação quanto à resistência e flexibilidade.

Cola

Quente (Hot Melt)

100% termoplástico sólido. Molda-se em líquido de baixa viscosidade quando aplicado em superfícies. Ajuste rápido, sem cura. Viscosidade ao moldar-se é importante propriedade. Diferentes formulações permitem sensibilidade ou não à pressão. Compostos com diferentes aditivos para garantir a adesividade de contato (tack) e a capacidade de molhamento.

Adesivo Sensível a

Pressão (ASP)

Mantém substratos unidos, quando aplicada leve pressão à temperatura ambiente. Disponível com base de solvente orgânico, base d’água ou sistema de cola quente a bastão (hot melt). Algumas formulações requerem composição consistente (base de borracha) a fim de alcançar “pega adesiva”, visto que outros (poliacrílicos) não necessitam. Disponíveis em filmes ou fitas, com (forma mais comum) ou sem suporte, na forma de substrato direto. Principalmente utilizados com fitas ou etiquetas.

Base D’água

Inclusos os adesivos dissolvidos ou dispersos (látex) em água. Em substratos porosos, a água é absorvida ou evaporada a fim de permitir a colagem. Em substratos não porosos a água deve ser removida previamente a fim de permitir a colagem. Alguns substratos são colados em função da reativação da secagem do filme adesivo sob temperatura ou pressão. Muitos são baseados em adesivos naturais (animal ou vegetal). Não são sensíveis a pressão (maioria), porém, auxiliam a aplicação.

Ultra Violeta (UV)

Feixe de Elétrons

(FE)

100% líquidos reativos à cura, transformando-se em sólidos. Um dos substratos deve ser transparente aos raios ultravioletas (UV), exceto quando adesivos de duas fases são utilizados. Em algumas formulações de adesivos curáveis a UV, o mecanismo da segunda cura ocorre, quando introduzido calor ou umidade ou quando eliminado o oxigênio (cura anaeróbica). Nos adesivos curados a feixes de elétrons (FE), a densidade do material afeta a penetração dos raios e o resultado final.

44

Tabela 4 – Vantagens e limitações dos diferentes tipos de adesivos, [6].

Tipos de Adesivos

Vantagens Limitações

Estrutural

Grande força de união. Grande capacidade de resistir aos carregamentos. Boa resistência a altas temperaturas. Boa resistência aos solventes. Boa resistência à fluência. Disponíveis na forma de filmes.

Sistema de dois componentes requer cuidados na proporção e na homogeneização da mistura. Alguns com baixa resistência ao arrancamento. Alguns difíceis de remover para reparar. Alguns necessitam de calor na cura.

Cola Quente

(Hot Melt)

100 % sólidos, sem solventes. Eficaz p/ superfícies imperfeitas. Rápida adesivação. Alta capacidade de preencher espaços Rígida para junções flexíveis. Propriedade de proteção.

Termoplásticos possuem limitada resistência a altas temperaturas. Baixa resistência a fluência. Pequena penetração devido ao rápido acréscimo de viscosidade no resfriamento. Resistência limitada pela viscosidade.

Adesivo Sensível a

Pressão (ASP)

Etiquetas e filmes possuem espessura uniforme. “Pega” permanente em temperatura ambiente. Não requerida ativação. Disponível em filmes, etiquetas rígidas ou flexíveis. Fácil de aplicar.

Vários são baseados em borracha necessitando de formulação. Baixa capacidade de preencher espaços vazios. Limitada resistência em alta temperatura.

Base D’água

Baixo custo, não inflamável. Grande prazo de estocagem. Fácil de aplicar. Boa resistência a solventes. Alto peso molecular de dispersão quando com altos sólidos de baixa dispersão.

Baixa resistência à água, umidade. Secagem lenta. Tendência ao congelamento. Baixa resistência sob carregamento. Baixa resistência à fluência. Resistência à temperatura limitada. Retração em certos substratos, quando aplicado em filmes ou etiquetas.

Ultra Violeta (UV)

Feixe de Elétrons

(FE)

Cura rápida (entre 2 e 60 seg.). Somente um componente líqüido, sem cura ou solventes. Cura a frio, substratos sensíveis à temperatura podem ser colados. Junções por UV/EF são opticamente limpas. Alta produtividade Boa resistência ao cisalhamento.

Alto custo dos equipamentos. Alto custo da matéria-prima. UV cura somente por materiais transparentes (ou cura secundária e necessária). Cura dificultada em juntas complexas. Diversas curas em UV possuem baixa estabilidade climática, pois continuam absorvendo raios UV.

45

2.10.1. ADESIVO ESTRUTURAL

O adesivo estrutural é utilizado para a transferência de carregamento entre

superfícies aderentes em ambientes de serviço onde o conjunto é exposto a

exigências ou em estruturas de engenharia onde se requer alta confiabilidade

devido à responsabilidade da solicitação à qual a junta está exposta. Este tipo de

adesivo pode ser submetido a tensões de cisalhamento muito próximas à de

tensão de ruptura por longos períodos sem a efetiva falha da junta adesivada.

A maioria dos adesivos estruturais são polímeros termofixos, sendo utilizados

somente alguns termoplásticos. Os adesivos estruturais termofixos possuem boa

resistência ao calor, o que permite aplicações em altas temperaturas e boa

resistência à fluência e a solventes. São fáceis de obter na forma de filmes, os

conhecidos filmes estruturais, altamente empregados na indústria aeronáutica

devido à facilidade de modelação para a formação de peças internas à cabine e

fuselagem das aeronaves [7].

Geralmente, são sistemas de um ou dois componentes, possuem ampla faixa de

temperatura de cura, desde a temperatura ambiente até a temperaturas elevadas

(180°C a 210°C).

2.10.2. PRINCIPAIS FAMÍLIAS QUÍMICAS

As principais famílias químicas utilizadas em adesivos estruturais são:

• EPÓXIS (objeto de nosso estudo)

• POLIURETANOS

• ACRÍLICOS MODIFICADOS

• CIANOACRILATOS

• ANAERÓBICOS

46

As Tabelas 5 e 6 a seguir apresentam as principais famílias químicas, suas

vantagens e limitações.

Tabela 5 – Vantagens e limitações dos adesivos estruturais mais empregados, [6].

Tipos de Adesivos

Estruturais Vantagens Limitações

Epóxi

Grande força de união. Boa resistência aos solventes. Alta capacidade de preencher espaços. Boa resistência nas altas temperaturas. Diversificação em formulações. Relativo baixo custo.

Reação exotérmica. Sistema de dois componentes, requer cuidados na proporção e na homogeneização da mistura. Formulação com um componente requer armazenamento refrigerado e elevada temperatura de cura (ativador). Pequeno tempo de utilização para processamento. (perda material).

Poliuretano

Variação no tempo de cura Grande resistência. Excelente flexibilidade mesmo a baixas temperaturas. Um ou dois componentes, cura em diversas temperaturas. Custo razoável.

Material sensível à umidade, curado ou não curado. Limitada resistência em alta temperatura com ou sem umidade. Pequeno tempo de utilização para processamento. (perda material). Requer equipamento especial para homogeneização e liberação do adesivo.

Acrílico modificado

Boa flexibilidade. Boa resistência ao cisalhamento e arrancamento. Não requer homogeneização. Age em superfície contaminada (óleo). Cura à temperatura ambiente. Custo moderado.

Baixa resistência em alta temperatura. Cura mais lenta quando comparado aos anaeróbicos ou cianoacrilatos. Tóxico e inflamável, exala forte odor. Requer equipamento especial para liberação do adesivo.

Cianoacrilato

Cura rápida à temperatura ambiente. Um componente. Alta força de tração. Grande período de validade. Boa aderência ao metal. Aplicação diretamente da embalagem.

Alto custo Baixa durabilidade em algumas superfícies. Resistência a solventes limitada. Baixa resistência em alta temperatura. Perigo na aplicação, cola na pele.

Anaeróbico

Cura rápida à temperatura ambiente. Boa resistência aos solventes. Não requer homogeneização. Período de validade indefinido. Alta resistência para alguns substratos. Não tóxico, custo moderado.

Não recomendado para superfícies permeáveis. Não cura ao ar como um filete úmido Limitado espaçamento entre as peças (não atua em grandes espaçamentos).

47

Tabela 6 – Propriedades dos 5 principais grupos dos adesivos estruturais, [6].

Propriedades dos Adesivos Estruturais

Epóxi Poliuretano Acrílico modificado Cianoacrilato Anaeróbico

Substrato colado maioria mais liso,

não porosomais liso,

não poroso

metal ou plástico não

poroso

metal, vidro ou

termofixo Faixa temperatura de serviço (°C)

121 a

-55

79 a

-157

121 a

-73

79 a

- 55

149 a

- 55 Resistência ao Impacto baixa excelente boa baixa regular

Tensão de Cisalhamento (MPa)

15,4 15,4 25,9 18,9 17,5

Tensão de Arrancamento (N/m)

< 525 14.000 5.250 < 525 1.750

Cura aquecida ou homogeneização requerida

sim sim não não não

Resistência a solvente excelente boa boa boa excelente

Resistência à umidade excelente regular boa baixa boa

Limitação ao espaçamento entre as partes a serem unidas (mm)

nenhum nenhum 0,762 0,254 0,635

Odor exalado suave suave forte moderado suave Toxicidade moderada moderada moderada baixa baixa Flamabilidade baixa baixa alta baixa baixa

48

2.10.2.1. Adesivo estrutural à base de Epóxi

Os adesivos à base de epóxi são largamente empregados como adesivos

estruturais, incluindo um sistema de dois componentes à temperatura ambiente,

sistema de dois componentes à elevada temperatura. Os sistemas de um

componente usualmente requerem aquecimento para o processo de cura.

Adesivos termofixos à base de epóxi estão disponíveis em diversas formulações,

podendo ser utilizados para junção de diversos substratos. Estes adesivos

possuem boa resistência, não dispersam materiais voláteis durante a cura e

apresentam pequena contração. Entretanto, possuem pequena resistência ao

despelamento e arrancamento e baixa flexibilidade, já que, por característica, os

materiais epóxis são quebradiços [6].

Um típico sistema de dois componentes consiste na resina e no material

endurecedor, os quais são empacotados separadamente. No sistema de um

componente, a resina e o endurecedor são empacotados juntos. Outros possíveis

aditivos são os aceleradores, os diluentes de reação, os plastificantes, as resinas

modificadoras e as cargas de enchimento. A resina epóxi mais comum é baseada

no Éter Diglicidio de Bisfenol A (DGEBA). [17].

Típicos endurecedores (agentes de cura) incluem:

• Poliaminas Alifáticas - permitem a cura à temperatura ambiente ou

levemente elevada no sistema de bi-componente.

• Poliamidas Fatty - aumentam a flexibilidade e são largamente empregadas.

• Poliaminas Aromáticas - substâncias sólidas, com a temepratura fundem

liberando a amina aromática que reage com a resina epóxi.

• Anidridos - requerem altas temperaturas de cura com rendimento adesivo de

excelente estabilidade térmica, estimula a hidrolização.

Uma reação exotérmica ocorre no processo de cura do adesivo à base de epóxi,

que pode ser minimizada, abaixando a temperatura da mistura dos componentes

49

no sistema de dois componentes pelo tamanho dos lotes a serem produzidos e por

recipientes rasos a fim de garantir o mínimo de agitação durante o transporte.

Materiais à base de epóxi, após curados, são quebradiços, especialmente se

curados com anidridos [10] e [11]. Termoplásticos e modificadores à base de

borracha são freqüentemente adicionados a fim de reduzir essa característica

quebradiça.

Nylon-Epóxi está entre os melhores materiais em filmes e fitas adesivas.

Disponível desde 1960, possui temperatura máxima de serviço aproximada de

138°C, comparado a 177°C para os epóxis não modificados. Sua principal

vantagem está no ganho em flexibilidade e resistência ao arrancamento,

comparado aos epóxis não modificados. Possui excelente resistência à tensão de

cisalhamento, à fadiga e aos testes de impacto. Suas limitações são a baixa

resistência ao teste de despelamento (peeling), a baixa temperatura e o baixo

resultado ao teste de resistência ao escorregamento. Talvez a mais séria limitação

seja a baixa resistência à umidade em ambos os casos, curado e não curado. Após

exposição em ambiente com 95% de umidade relativa durante dois meses, o

material teve sua resistência diminuída em 80 %, finalizando o teste com 6,8

MPa [12]. Não é tão durável como os materiais à base de elastômeros-epóxis ou

termoplásticos-epóxis. A típica aplicação de adesivos à base de nylon-epóxis

ocorre em laminados.

Elastômeros-epóxis geralmente contêm borracha nitrílica como o componente

elastômero, sistema também referenciado como modificado ou epóxi reforçado,

largamente utilizado no formato de filmes ou fitas adesivadas (tapes).

Adesivos à base de elastômeros-epóxis curam à baixa temperatura e baixa

pressão de contato em pequeno espaço de tempo, adicionando-se catalisadores na

formulação do adesivo. A força de adesão dos elastômeros–epóxis é menor que a

de nylon-epóxis. Entretanto, a grande vantagem dos elastômeros-epóxis está em

que, à baixa temperatura (sub-zero), a tensão de arrancamento não decresce tão

50

rapidamente como para os adesivos com base em nylon-epóxis. Já a durabilidade

dos elastômeros-epóxis no que se refere à resistência à umidade é melhor que

aqueles com base em nylon-epóxi, mas não tão boa como os vinil-fenólicos ou

nitrilo-fenólicos. As limitações para o uso dos adesivos à base de elastômero-

epóxi incluem a baixa resistência à imersão em água ou quando expostos à

umidade, como em ambientes marinhos [10] e [11].

51

2.10.2.2. Composição química do adesivo epóxi

As resinas epóxis são do grupo dos materiais termofixos que possuem os epóxis

ou Oxiranos e são convertidos em estruturas de três dimensões devido à

variedade de reações. As resinas epóxis são formadas a partir do Bisfenol A e da

Epicloridrina, que constituem as resinas intermediárias predominantes. Na

síntese dos epóxis, as resinas líqüidas são derivadas do uso excessivo da

Epicloridrina, Bisfenol A e hidróxido de sódio, conforme fórmula, possuindo a

viscosidade de 11 a 15 Pa.s a 25°C [17] e [18].

A reação básica se dá entre a Resina Epóxi, Figura 7 e a Amina Aromática ,

Figura 8 para os Adesivos Epóxi monocomponetne com a presença da

temperatura, formando Epóxi curado mostrado na formulação básica na Figura 9.

Figura 7 – Composição Química básica da Resina Epóxi, [17].

Figura 8 – Amina aromática 4,4´- Diaminodifenil Metana (MDA), [17].

52

Figura 9 – Epóxi curado após reação com Amina Aromática, [17].

Resinas epóxis requerem o processo de cura a fim de obter o máximo das suas

propriedades. O processo de reação de cura pode ser executado pelos grupos

terminais de epóxi, grupos paralelos de hidróxidos ou ambos. O processo de cura

da aminas primárias ou secundárias é acelerado pelos componentes dos

hidróxidos como os fenóis, álcoois e água (ligações doadoras de hidrogênio).

Neste estudo, será utilizado adesivo estrutural base epóxi, formulado conforme

necessidades da GMB (9309579 identificação GMB). Adesivo utilizado na

operação de flangeamento (hemming), conformação mecânica das flanges do

painel externo da porta sobre o painel interno, tendo o adesivo entre estes painéis

garantindo a rigidez e calafetação.

Os adesivos à base de epóxi possuem vários formatos: baixa viscosidade;

líquidos sem cargas ou com alta viscosidade e pastas com cargas. Podem ser

apresentados em sistemas de um ou dois componentes. A vantagem do sistema

em dois componentes é o maior prazo de estocagem (shelf life), embora, após a

homogeneização das duas partes, sua vida útil (pot life) seja limitada, devendo

ser consumido em até 90 min. (formulações especiais). Adesivos epóxis também

podem ser formulados no sistema de um componente na forma de pó, não tão

usual quanto no formato de pasta ou líqüido. Na forma de filmes ou fitas, podem

ser empregados diretamente ou com suporte à base de filme termoplástico, fibra

de vidro, fibra de carbono ou liner a ser removido após a aplicação. A química

53

dos filmes epóxis é muito similar à dos sistemas de um componente no formato

de pasta.

A fim de obter ganho estrutural sem aumentar a densidade do adesivo,

foram desenvolvidas associações de materiais que atendem a essas necessidades.

A expressão ESPUMA SINTÁTICA indica a associação de micro-esferas de

vidro no adesivo epóxi no formato de espumas, fornecendo a carga estrutural

desejada. Este adesivo (no sistema de um ou dois componentes) possui bom

resultado nos testes de cisalhamento e nos esforços de compressão. Os adesivos

sintáticos são largamente empregados na indústria naval (pela baixa densidade) e

na indústria aeroespacial (pelo menor peso com garantia estrutural) [8] e [9].

Adesivos epóxis são versáteis e podem ser utilizados para unir

praticamente todos os substratos, tendo grande participação no mercado de

adesivos estruturais. Não representam alto custo ao consumidor final, garantindo

participação crescente no mercado, por permitirem a fixação adequada sem os

inconvenientes de fixação mecânica, ferramentas, treinamento para utilizá-las,

sujeira na aplicação e, muitas vezes, alteração de posição. Em comparação a

fixação mecânica por parafusos, caso seja necessário alterar posição de fixação a

marca da fixação anterior (furação) deve ser retrabalhada (tapada). Já com o

adesivo epóxi pode ser limpo e adesivado em outro local.

Os adesivos epóxis são usados na indústria moveleira, em equipamentos

de recreação e diversos ramos de atividades. Ultimamente tem se intensificado o

uso dos adesivos estruturais à base de epóxi na construção civil e de rodovias, na

fixação de componentes de responsabilidade em locais de difícil acesso para os

tradicionais meios de fixação mecânica. Na indústria automotiva, o adesivo

epóxi nas suas diferentes formas de apresentação e composição é extensamente

utilizado, desde a união de componentes mecânicos na formação do conjunto

motriz (powertrain), passando pela construção dos componentes em separado

(peças separadas), até a formação da carroceria, união de componentes

estampados (metal-metal), como os componentes de portas laterais, capô do

motor, etc. Com o advento da tecnologia do quadro estrutural (space frame), com

a união dos componentes por adesivo (SMC – sheet molding compound), faz-se

54

necessária a união de componentes metálicos aos componentes compostos (fibra

de carbono, fibra de vidro).A exigência de novos adesivos estruturais com alta

resistência e baixo peso final é constante no mercado automobilístico atual,

tecnologias que nasceram nas pistas de corrida (Fórmula 1) e agora estão

migrando para uso na indústria de produção e, em alguns casos, para os modelos

de alta produção (por exemplo adesivos estruturais na formação de carrocerias

metálicas). Na indústria aeroespacial e de defesa o uso do adesivo epóxi já é

comum, confirmando a característica de união de componentes da fuselagem da

aeronave ou míssil, sem afetar a sua aerodinâmica, associado ao seu baixo peso e

poder de retrabalho facilitado. Troca-se o componente avariado, permitindo que

a junção entre o painel anterior e o reparo tenha as mesmas características

originais. Por sua resistência e facilidade de manuseio e conformação, os

adesivos estruturais na forma de filmes são aplicados pelo processo de vácuo-

formagem, na construção dos componentes compósitos de acabamento interno

das aeronaves civis e militares (forração do teto, moldura interna das janelas,

tampas e os próprios compartimentos de bagagens internas). Os filmes são

previamente cortados (mesas de corte automático – plotter corte) e aplicados

sobre os moldes metálicos normalmente de alumínio; após a fase de sobreposição

das camadas conforme projeto, é aplicado filme plástico resistente à temperatura

(120° a 180° C) e fixado nas suas extremidades ao molde por adesivo à base de

silicone. O vácuo que comprime as camadas do adesivo epóxi na forma de filme

contra o molde garante o contorno e silhueta da peça, segue para autoclave à alta

temperatura para que ocorra o processo de cura da manta adesiva epóxi. Após o

processo de resfriamento, a peça está pronta, bastando a etapa de acabamento

(desbaste e lixamento), constituindo peça de acabamento final aparente com

estabilidade dimensional e processo a baixo custo, por não exigir confecção de

moldes para injetados devido ao baixo volume.

Os adesivos epóxis podem ser formulados para atender diferentes

propriedades físicas, como um adesivo de uso comum, cura rápida, ou um

adesivo de alto desempenho para aplicações de responsabilidade. Embora os

adesivos epóxis sejam tipicamente quebradiços, eles podem ser modificados,

55

aumentando a elongação nas composições de alto desempenho, também o tempo

de gelificação como de cura total do adesivo podem ser manipulados para uma

cura mais rápida ou mais longo, garantindo propriedades diferentes, importante

entender que há um balanço entre as características principais, que deverá ser

enfatizada no desempenho final do adesivo.

Tabela 7 – Propriedades Físicas dos adesivos epóxi mono componente,

[6].

Propriedade Forma Fita de filme

Forma Termofixo cola

quente

Forma Pasta

Aparência Filme preto em rolo

Semi rígido na cor verde quando sólido Pasta vermelha (marron)

Viscosidade Muito alta Extrusão entre 60°C a 80°C 300 Pa . s

Peso Específico 1,14 g/cm³ 1,35 g/cm³ 1,44 g/cm³

Elongação até a ruptura, % .... 1-2 7

Escorrimento 0

(2 mm camada / 200°C)

0 (6 mm granulo /

171°C)

<3 (6 mm granulo / 171°C)

Período de cura 24h / 25°C ou30min / 100°C 4h / 25°C 5 dias / 25°C ou

2 h / 88°C Tempo de estocagem 3 meses / 25°C 3 meses / 25°C 3 meses / 25°C

Na Tabela 8, são comparados 03 formatos de adesivos estruturais; filme

na forma de fita; termofixo cola a quente (hot melt) e adesivo epóxi na forma de

pasta mono composto. Em função do aditivo endurecedor já estar incorporado na

resina epóxi, o tempo de estocagem das 03 formas é menor que nos adesivos

apresentados na forma de bi-componente. O período de estocagem (shelf life) de

um adesivo mono composto possui a média de 03 a 06 meses à temperatura de

25° C enquanto os compostos de um adesivo bi componente, quando protegidos

do calor e umidade podem ser estocados de 06 meses a 1 ano na mesma

temperatura padrão de 25°C, em embalagens separadas. Quanto aos adesivos

epóxi sintáticos (com carga de esferas de vidro), podem ser apresentados tanto

como mono ou bi componente, possuem as mesmas características que o adesivo

56

sem a carga especial porem em função exatamente desta carga (esferas de vidro)

possuem maior resistência ao escorrimento quando aplicado em superfícies à 90°

ou sob cabeça [16].

As propriedades mecânicas são abrangentes como as possibilidades de

formulações possíveis partindo de uma base epóxi, a Tabela 8 apresenta as

características mecânicas dos mesmos adesivos estudados previamente, mostra

os adesivos mono compostos nas três formas apresentadas (filme em fita,

termofixo a quente (hot melt) e na forma de pasta), evidencia a boa resistência ao

cisalhamento no teste da junta sobreposta como é evidenciado a boa resistência

de exposição ao ambiente. Os adesivos sintáticos de forma geral acompanham os

resultados dos adesivos epóxis sem a carga de esfera de vidro.

Tabela 8 - Propriedades Mecânicas dos adesivos epóxi mono componente, [6].

Propriedade Forma Fita de filme

Forma Termofixo cola quente

Forma Pasta

Força de cisalhamento na sobreposição BFF (*)

à 30°C 21,0 MPa 23,0 MPa 23,0 MPa à 30°C 16,0 MPa 20,0 MPa 22,0 MPa à 30°C 15,0 MPa 17,0 MPa 19,0 MPa

Resistência a ambiente de banho salino (500 h) 15,0 MPa 17,0 MPa 18,0 MPa

(*) BFF – bobina de aço fina laminado a frio, oleada, testado conforme

especificação do teste de cisalhamento com sobreposição de acordo a ASTM D

1002

2.10.2.2.1. Aditivos e Modificadores

A resina epóxi, as aminas endurecedoras, os aditivos e modificadores,

conhecidos como cargas, constituem a maior porcentagem utilizada na

formulação dos adesivos. O uso de cargas inorgânicas (carbonato de cálcio, sílica

e outros) permite a redução do custo dos adesivos e que a matriz do adesivo

57

epóxi se torne menos quebradiço, podendo contribuir nas outras propriedades

físicas (acréscimo de viscosidade e estabilidade térmica). O uso das cargas

metálicas (ferro, prata, cobre e alumínio) melhoram as propriedades, como a

condutividade térmica, elétrica e o sistema de resistências mecânicas. Cargas

termoplásticas também têm sido incorporadas nas formulações epóxicas, a fim de

manter a resistência característica dos adesivos epóxi, porém, eliminando a

característica da fragilidade (quebradiço) [8]. O inconveniente é comercial, já

que as cargas termoplásticas oneram o custo final do adesivo epóxi composto,

mas deve ser desenvolvido a fim de permitir no futuro análise do aspecto custo –

beneficio, uma vez que o problema técnico estará sanado.

Em adição aos inertes termoplásticos utilizados a fim de manter a resistência da

composição epóxi, as cargas poliuretânicas. Corantes, pigmentos como o

carbono (preto) ou o dióxido de titânio (branco) são utilizados para colorir as

resinas e os endurecedores a fim de facilitar e garantir um correto processo de

homogeneização e o controle visual de um material uniforme cinza, sem

manchas ou faixas de cores diferentes que acusariam uma mistura não

homogênea.

Cargas de silanos funcionais promovem melhora geral na distribuição de

cargas entre o substrato e o adesivo, garantindo melhor adesão ao substrato.

Silanos podem ser adicionados à formulação do adesivo por volume ou

correlacionados às quantidades de carga inorgânica, principalmente as sílicas,

garantindo a reação e estabilização da fórmula. Resinas com alta viscosidade

podem ser cortadas pela adição de reativos diluentes, monômeros epóxicos.

Diluentes podem também servir como flexibilizantes, embora seu desempenho

seja inferior à dos agentes resistentes anteriormente mencionados [17].

58

2.10.3. PROCESSO DE APLICAÇÃO E CURA DO ADESIVO

Os procedimentos e equipamentos utilizados na aplicação, montagem e cura das

juntas adesivadas dependem de:

1 tipo do adesivo a ser utilizado;

2 tipo, tamanho e configuração da montagem e

3 exigências de serviço, uso normal do conjunto finalizado. A indústria de transportes provavelmente é o setor de maior consumo de

adesivos na sua forma estrutural, em especial, a indústria aeronáutica, com o uso

de mantas e filmes adesivos estruturais e selantes. Na indústria automobilística, o

uso do adesivo estrutural se dá em diversas áreas e etapas da construção do

automóvel, porém, deve se adequar a altos volumes de produção com pequeno

valor agregado. Seu processo produtivo é automático com dispositivos

específicos e com o menor tempo de cura possível para que não seja limitador ou

gargalo da produção. O retrabalho deverá ser realizado por uma rede capacitada,

não limitante, que exija equipamentos específicos ou processo que, devido ao

custo e técnica aplicada, seja inviável fora da indústria. A escolha do adesivo,

seu processo de aplicação, cura e retrabalho devem atender a todas essas

exigências [6].

2.10.3.1. Efeitos do tempo

Adesivos, qualquer que seja sua constituição, possuem uma limitada vida útil,

por isso é preciso dar muita atenção ao processo de compra (lotes, quantidades),

transporte, recebimento, armazenamento, consumo e descarte do material que

não atende às especificações do processo. As informações a respeito de vida útil,

tempo e condições de armazenagem devem ser fornecidas por escrito no corpo

das embalagens pelo fabricante e tornar-se procedimento da companhia para

garantir a correta utilização. Adesivos à base de solventes inflamáveis deverão

59

ser manuseados e estocados de forma especial, na condição de materiais

perigosos.

Os efeitos do tempo nos adesivos podem ser descritos como aumento de

viscosidade, perda da grudência para os filmes, tornar-se quebradiços,

gelificação dos adesivos à base de epóxi, dificultando ou até inibindo aplicação

dos pontos de solda, no caso de adesivos que permitam a passagem de corrente

elétrica. Por essa razão deverão ser estocados de forma adequada quanto à

temperatura ambiente, unidade e exposição ao sol ou a fontes de calor, mesmo

que em área coberta. Testes apontam que em adesivos epóxi armazenados em

diferentes formas (temperatura e prazo) e comparados ao material corretamente

armazenado, a perda pode ser superior a 50% da tensão de cisalhamento entre os

materiais de mesma formulação.

2.10.3.2. Processos de estocagem

O armazenamento de material adesivo pode ser classificado em três categorias

em função da temperatura de estocagem [13] :

1 Temperatura ambiente (15° a 27° C)

2 Refrigerado (2° a 5° C)

3 Congelado (até ou menos que – 18°C)

Devido ao alto consumo e volume de produção, os adesivos para a indústria

automobilística deverão ser formulados e desenvolvidos a fim de atender a

categoria 1 Temperatura ambiente.

Controle de Inventário –

O controle de estoque deve ser rígido, seguindo a regra máxima, conhecida no

meio como FIFO (first in, first out): o primeiro material a entrar no estoque será

obrigatoriamente o primeiro material a sair, garantindo o consumo dos materiais

na seqüência dos lotes de entrega e conforme os relatórios de qualidade

entregues pelos fornecedores. Não é mais prática corrente o controle do material

60

entregue pela montadora, somente na evidência de falha de lote são solicitados

testes que serão preparados no fornecedor, mas mesmo assim este controle e

eventual troca de todo o lote e até do fornecedor, com as penalidades do

contratos onde o custo da perda de produção ou pior, do tempo de linha ou

fábrica parada fica a cargo do fornecedor faltante. A solicitação de novos lotes

deve ocorrer em função de programação antecipada da produção em 4 semanas

(produção puxada). O fornecedor recebe programação de previsão (intenção de

compra para estoque) e programação firme (o que será comprado pela

montadora)

O manuseio deverá seguir as normas de segurança. Somente pessoal treinado e

com equipamento correto (empilhadeira com garra, pega especificada) poderá

movimentar o contêiner ou tambor a fim de evitar riscos, como danificar, rasgar

embalagem, perdendo todo o material ou colocando em risco a segurança de

outros operadores.

2.10.3.3. Materiais Perigosos

Materiais perigosos deverão ser estocados em local especialmente seguro e,

conforme legislação, fora da área de produção, com enclausuramento físico

(muro de tijolo, porém, com passagem para dreno d’água e acesso dos bombeiros

da brigada de incêndio) e com proteção contra raios (sistema exclusivo de pára-

raios) e sistema próprio de bicos aspersores de água sob pressão (springler) e

caixa d’água específica. Na planta da GMB (General Motors do Brasil) em São

José dos Campos, o armazém de produtos inflamáveis fica em local separado

com sistema de pára- raios especifico e com interessante sistema contra

explosões e incêndios; o piso possui canaletas e desníveis; qualquer material que

venha a cair no piso e incendiar será guiado por gravidade até câmara com água

que extinguirá o fogo, controlando as chamas.

61

2.10.4. APLICAÇÃO DO ADESIVO

Bombas Pneumáticas – bombas com acionamento pneumático, movimentam o

material adesivo mono componente até a pistola tanto no processo manual como

no processo automático com o auxilio de robôs, segue Figura 10 de bomba

pneumática de uso comum na indústria.

Figura 10 - Bomba pneumática para adesivo mono-componente, [33].

A aplicação do adesivo estrutural à base de epóxi mono-componente (objeto de

nosso estudo), ocorre normalmente de duas formas:

Manual •

• Automático, por meio de robôs

62

2.10.4.1. Aplicação Manual

Em pequenas quantidades, com pincel, espátula ou pistola pneumática Figura

11, somente em regiões especificas (flanges ou reforços adicionados),

posicionados por dispositivo com pressão positiva, garantindo a espessura do

filme adesivo entre as partes estruturais vide Figura 12.

Figura 11 – Pistola aplicação manual adesivo mono-componente, [34]

Figura 12 – Aplicação manual do adesivo epóxi no reforço aplicado, [16].

63

2.10.4.2. Aplicação Automática

Processo mais utilizado para a aplicação do adesivo, na operação de grafagem

nos conjuntos conhecidos como painéis móveis (hang on);

(conjunto de portas laterais (dianteira e traseira), conjunto capô do motor e

conjunto tampa traseira). O processo de grafagem ou flangeamento (hemming), é

a união dos painéis interno e externo pelas extremidades (flanges) num processo

de conformação mecânica (estampagem lenta) onde a flange do painel externo é

dobrada sobre a flange do painel interno, garantindo a união sem ou com menor

quantidade de pontos de solda. Por se tratarem de painéis externos onde os

pontos podem marcar a superfície externa, aparente, vide Figura 13.

Figura 13 – Detalhamento esquemático flangeamento porta, [15].

64

Aplicado com robô e sistema de pistola automática para garantir a quantidade e a

posição correta do cordão de adesivo. O adesivo deverá estar entre os dois

painéis, porém, sem excesso para que não ultrapasse a flange externa e fique

aparente, caso não seja limpo ainda na estação de flangeamento dentro da

funilaria, seguirá pela estufa tornando-se duro após a cura e com a aparência de

sujeira ou caroço sob a pintura, sendo demeritado pela qualidade.

Processo (forma simplificada):

• Adesivo aplicado por robô no painel externo da porta

• Posiciona-se o painel interno da porta sobre o painel externo da porta

• Conjunto transferido para ferramenta de flangeamento em prensa hidráulica

• Prensa processa a grafagem das flanges do painel externo sobre as flanges do

painel interno

• Conjunto é transferido para transportador para ser montado na unidade

• Unidade é finalizada na funilaria e transferida para Pintura

• Carroceria de chapa nua segue pela operação de pré-limpeza (desengraxe e

fosfatização, forma simplificada)

• Processo de imersão no banho de ELPO (proteção eletroforética à base d’água)

Vide Figura 14 e detalhes da operação de flangeamento na Figura 15;

Figura 14 – Esquema da linha de flangeamento porta, [15].

65

Figura 15 – Detalhes do flangeamento do porta dianteira lado direito, [16].

2.10.4.3. Estufas

Os adesivos aplicados na estação da submontagem perpassam todo o processo de

limpeza e preparação da superfície interna e externa da carroceria pelos

sucessivos banhos (limpeza e fosfatização da chapa), serão curados na estufa do

filme de proteção catódica do banho eletroforético conhecido por ELPO (estufa

do ELPO), vide Figura 16, imersão carroceria no sistema ELPO de proteção e na

Figura 17, esquema das temperaturas internas da estufa, Figura 18, vista interna

da estufa de cura do ELPO e dos adesivos estruturais aplicados na funilaria.

Figura 16 – Processo de pintura por imersão carroceria, ELPO, [16].

66

Figura 17 – Distribuição de temperaturas interna na estufa do ELPO, [16].

Figura 18 – Vista interna da estufa do ELPO, [16].

67

2.11. PROJETO DA JUNTA ADESIVADA

Se a junção adesivada for considerada parte do programa de revisão do projeto

inicial, o adesivo estrutural não deverá ser aceito como substituto direto de outro

processo de união (união por componentes mecânicos ou junção por fusão) mas é

preciso analisar suas características específicas, evidenciando as vantagens do

processo. Embora o objetivo principal seja uma montagem resistente, capaz de

atender os requisitos de serviço, um projeto de junta adequado poderá alcançar

outros benefícios, como a redução de custo e do peso do conjunto final. Um

projeto robusto da junta adesivada pode levar a resultados satisfatórios com uma

formulação econômica de adesivo, aplicado por processo simples, minimizando

os custos e reduzindo etapas no controle de qualidade necessário para a garantia

e confiabilidade do processo. O projeto deve levar em consideração o espaço

para a quantidade adequada de adesivo e como garantir o acesso ao processo de

aplicação na região a ser unida. Em um projeto de junta adesivada ou retrabalho

numa junta existente para a efetiva adesivação, três regras [15] devem ser

observadas:

1 direcionar os esforços aplicados a fim de produzir CISALHAMENTO (shear),

TRAÇÃO (tensile) / COMPRESSÃO (compression) na junta e os esforços de

ARRANCAMENTO (cleavage) e DESPELAMENTO (peeling) devem ser

minimizados;

2 garantir que os carregamentos estáticos não excedam a capacidade de tensão no

regime plástico do adesivo e

3 se houver previsão de que a junta adesivada ficará exposta a ciclos de pequenos

carregamentos, a sobreposição deverá ser incrementada de tal forma que

minimize a possibilidade de falhas e trincas internas no adesivo

Na prática, essas regras são difíceis cumprir, já que a concentração de tensão é

inevitável e um projeto de junta nunca é submetido a carregamentos de um único

modo.

68

Os quatro tipos principais de carregamentos são ilustrados na Figura 19

Figura 19 – Formas de carregamento, [15].

Uma junta adesivada obtém melhor resultado, quando carregada em

cisalhamento, isto é, quando a direção do carregamento é paralelo ao plano das

superfícies adesivadas. Nas juntas metálicas de pequenas espessuras, o projeto de

junta pode prover largas áreas de contato em relação à seção das chapas unidas.

Tal procedimento possibilita a produção de juntas tão resistentes quanto os

materiais aderentes unidos [17]. A relação entre a força de carregamento e o

comprimento da sobreposição numa junta dupla de cisalhamento é mostrado na

Figura 20,

69

Figura 20 – Correlação entre a força e a sobreposição dos corpos em

cisalhamento, [15].

A força de carregamento e o comprimento de sobreposição são proporcionais na

Região Plástica mostrado na Figura 20-A. A partir do ponto A, mesmo com o

aumento do comprimento da sobreposição, a força é acrescida, porém, não na

mesma relação (Região Transição); além do ponto B, o carregamento de falha

não se altera significativamente com o aumento do comprimento da sobreposição

(Região Carregamento Constante).

2.11.1. CARREGAMENTO POR CISALHAMENTO

A Figura 21 mostra a distribuição da tensão de cisalhamento pela sobreposição

da junta em função do carregamento P com pequena, média e grande

sobreposição. Com a menor sobreposição, mostrado na Figura 21-A, a tensão de

cisalhamento é uniforme ao longo da junta. Neste caso, a junta pode trincar sob

carregamento com o tempo e a falha vir a ocorrer prematuramente. Quando a

sobreposição da junta excede um valor, o adesivo na extremidade da junta é

sobrecarregado com uma maior parte de esforços, quando comparado ao adesivo

no centro de sobreposição. Conseqüentemente, a Tensão de Cisalhamento no

centro é menor, como mostra a Figura 21-B, conduzindo a uma tensão de ruptura

menor. Com uma grande sobreposição mostrado na Figura 21-C, a porção

contida dentro da sobreposição, com pequena Tensão de Cisalhamento, é a maior

70

porcentagem do total, minimizando as falhas de ruptura. A sobreposição na junta

com a menor tensão de ruptura depende diretamente das propriedades mecânicas

dos metais-base, propriedades do adesivo e sua espessura, tipo de carregamento e

ambiente do serviço onde será solicitada a junta.

Figura 21 – Modificação na Distribuição da Tensão de Cisalhamento em função

da sobreposição para um carregamento constante P, [15].

71

2.11.2. CARREGAMENTO POR DESPELAMENTO

Dificuldades poderão surgir, quando a junta for submetida a carregamentos na

forma de Arrancamento (Cleavage) ou Despelamento (Peel). Esforços na forma

de arrancamento produzem tensões não uniformes através da junta, o que causa

falhas iniciais nas bordas do adesivo [19]. Tal tipo de junta é considerado mais

fraco que outra com a mesma área adesivada, porém, sob uma tensão de

cisalhamento ou de tração uniforme. A situação é ainda mais crítica,quando o

adesivo está submetido a carregamento do tipo despelamento. Uma linha muito

estreita do adesivo em uma borda da junção deve suportar a carga. O

carregamento do tipo despelamento é tão desfavorável que apenas uma pequena

fração da tensão de ruptura à tração na direção do despelamento é suficiente para

colapsar a junção, mesmo respeitando a mesma área.

É muito raro o carregamento unidirecional puro [15]. A maioria das juntas está

sujeita a carregamentos que combinam arrancamento ou despelamento com

tração ou cisalhamento. Um exemplo é a junta de topo reta, projetada para ser

submetida estritamente à tração mas está sujeita a um pequeno momento torçor

criado pelo arrancamento. Outro exemplo é uma junta sobreposta simples,

projetada para suportar tensão de cisalhamento. Devido ao desalinhamento das

forças nas partes (linhas paralelas), surge uma pequena rotação (alinhamento

natural da linha de ação das forças) que permite que surjam esforços do tipo

arrancamento e despelamento especialmente nas extremidades das juntas como

mostrado na Figura 22 , onde o adesivo é exigido, diferente do cisalhamento

puro.

72

Figura 22 – Rotação na junta sobreposta simples devido a excentricidade das

forças, [6].

Esse problema pode ser minimizado por um adesivo projetado para resistir ao

carregamento composto (cisalhamento, arrancamento e despelamento). A Figura

23-A mostra os tipos mais comuns de juntas para painéis metálicos. O projeto de

junta de topo mostrado na Figura 23-A não é recomendado. Carregamento do

tipo arrancamento pode ocorrer, caso a aplicação dos esforços não seja alinhada.

A junta que utiliza o chanfro na região adesivada é um projeto melhor por

permitir uma maior área de adesivo (inclinado) comparado à junta de topo. A

concentração de tensões do tipo arrancamento nas extremidades da junta é

minimizada em devido os chanfros nos aderentes. Embora largamente utilizado

na junção de madeira, é difícil a reprodução em metais, levando-se em

consideração o alinhamento e a pressão aplicada durante o processo de cura do

adesivo. A junta sobreposta simples Figura 23-G é provavelmente o mais comum

de todos os projetos de juntas adesivadas e continua sendo adequada para muitas

aplicações. O projeto de junta sobreposta simples com as extremidades dos

aderentes chanfrados como mostrado na Figura 23-H, possui menor concentração

de tensões nas extremidades, devido às bordas finas chanfradas dos aderentes.

Quando sujeita ao carregamento de cisalhamento, surge pequena rotação para o

alinhamento dos esforços e deforma a fina extremidade, permitindo que a tensão

73

de despelamento seja minimizada, não ocorrendo o carregamento do tipo

arrancamento nas extremidades dos aderentes e adesivo. Quando os componentes

das juntas possuem pequena espessura, a ponto de permitir a conformação pelo

processo de estampagem, ocorre uma sobreposição do tipo encaixe; quando

submetidos a esforços críticos, realizam pequena torção. Por isso, o projeto de

junta do tipo sobrechapa como mostrado na Figura 23-I é o mais indicado, pois

os esforços do carregamento são alinhados através da junta e paralelos com a

linha adesivada, permitindo que os efeitos do arrancamento sejam minimizados.

Se as seções a serem unidas por adesivo são tão finas que não permitem a

redução da borda, o projeto de cinta dupla sobreposta possibilita bons resultados.

O melhor projeto, no que diz respeito à transferência e dissipação dos esforços

para uma junta adesivada, é mostrado na Figura 23-F: junta com cinta dupla

chanfrada. Entretanto, sua complexidade na aplicação em projetos de alta

produção limita seu uso [15].

Figura 23 – Projeto de junta de chapas metálicas adesivadas, [15].

74

As juntas adesivadas podem ser estendidas com vantagens para os

componentes extrudados, fundidos e usinados. As juntas de topo em perfis

extrudados mostrado na Figura 24, podem ser aproveitadas para uniões

adesivadas. A lingüeta e o encaixe não só alinham as interfaces das áreas que

serão submetidas aos esforços de cisalhamento como também provêem boa

resistência à torção. O projeto de lingüeta com encaixe usinado oferece

vantagens na produção seriada, pois alinha automaticamente os componentes a

serem unidos, controla o comprimento da junção e estabelece a espessura da

linha do adesivo. Este conceito de projeto é muito bom para montagens que serão

submetidas a esforços de compressão com a vantagem de oferecer uma aparência

limpa.

Figura 24 – Projeto de junta de topo com adesivo de itens extrudados e usinados,

[15].

Projetos de cantos e juntas em T são mostrados na Figura 25. O uso de reforços

chanfrados ou com as extremidades afiladas requer uma análise de custo, a fim

de determinar se a melhoria na resistência da junta se justifica em relação aos

custos necessários para sua fabricação. Juntas que requerem encaixes usinados

ou complexos ajustes raramente são empregadas no projeto de painéis metálicos

estampados.

75

Figura 25 – Projetos de juntas adesivadas especificas para cantos em formato T

, [15].

2.11.3. DISPOSITIVOS DE POSICIONAMENTO

Importante levar em consideração a característica de cura do adesivo a ser

empregado em conjunto com os componentes a serem unidos. Dispositivos de

posicionamento garantem alinhamento e espaçamento controlado. No caso dos

adesivos à base de epóxi, é preciso garantir o afastamento especificado entre os

componente, já que a espessura da camada influencia na qualidade da junta. Os

dispositivos deverão resistir às temperaturas de cura na estufa sem sofrer

variações térmicas e dimensionais que afetem ou gerem tensões internas na junta.

No caso do adesivo monocomponente à base de epóxi e cura a estufa, objeto de

nosso estudo, na indústria automobilística, caracterizada pela alta produção, é

necessário que cada unidade seja auto-suficiente para manter as partes

posicionadas até a cura na estufa, sem necessidade de dispositivo específico por

unidade montada. E´ impraticável o retorno desses dispositivos à estação de

76

montagem na funilaria (body shop) após a cura definitiva do adesivo que na

estufa da pintura (proteção contra corrosão - ELPO). Para garantir o correto

espaçamento e que as partes não se movam durante o processo, são utilizados

elementos de fixação mecânica, mostrado na Figura 26. O adesivo é

primeiramente aplicado nos aderentes; depois, os componentes são unidos e

recebem a fixação mecânica (por solda a ponto ou elemento de fixação mecânica:

rebite ou parafuso), unindo as partes e garantindo o posicionamento e

espaçamento. Essa técnica permite a velocidade necessária à linha sem utilização

de vários dispositivos de posicionamento nem o inconveniente do retorno à

estação de aplicação do adesivo.

Figura 26 – Projetos de juntas adesivadas combinadas a solda por resistência e

elementos de fixação mecânica, [15].

77

2.12. FALHAS E REPAROS NAS JUNTAS ADESIVADAS

No retrabalho de falhas em juntas adesivadas, necessário levar em consideração

os requisitos básicos no uso dos adesivos :

I. – preparação adequada da superfície dos aderentes.

II – escolha do adesivo em função das características alcançadas da superfície

após preparação à campo.

III – definição do processo de retrabalho de forma a garantir a correta cura do

adesivo aplicado.

Os conceitos de reparo em estruturas adesivadas são comuns na indústria

aeronáutica, conforme mostrado na Figura 27.

Figura 27 - Retrabalho em painel aeronáutico na forma de tampão em colméia

estrutural, [21].

78

Porém na industria automobilística, o reparo de estruturas adesivadas deverá

seguir a disponibilidade dos meios e ferramentas adequadas para que seja

garantindo o mínimo de segurança no processo. Por se tratar de um processo

novo, muitas oficinas, mesmo as concessionárias, não possuem todos os meios e

ferramentas, portanto este tipo de retrabalho é direcionado para centros de

retrabalho com funcionários treinados pela fábrica e pelos fornecedores do

adesivo, como exemplo o AUDI A8, veiculo totalmente produzido em alumínio ,

na Alemanha foram definidos centros de retrabalho que são coordenados pela

ALCOA e DOW Química, principais fornecedores das materiais primas.

Podemos dividir em dois tipos básicos de componentes adesivados numa

carroceria automotiva [20] e em função desta característica será definido o

critério de retrabalho.:

A – Painéis estampados

B – Estruturas compostas (perfis)

Para os painéis estampados, o retrabalho com adesivo apresenta vantagens, por

exemplo na troca de um painel externo, pode-se lançar mão de adesivos bi-

componentes com cura a temperatura ambiente ou mesmo a temperatura gerada

por sopradores de ar quente ou lâmpada de infra vermelho, facilitando a operação

não sendo necessário desguarnecer o veiculo, removendo acabamentos externos,

internos, bancos, tanque de combustível, operação comum quando se faz o

retrabalho no processo convencional, utilizando de solda por fusão (resistência

ou deposição de material, a chama), vide Figura 28.

Figura 28 - Substituição de parte do painel lateral com o uso do adesivo

, [15].

79

No caso das estruturas adesivadas vale lembrar não ser possível utilizar o mesmo

adesivo de produção, adesivo mono-componente curado a alta temperatura em

estufa, aplicados após adequada preparação da superfície, onde os componentes

trabalham em conjunto posicionados por dispositivos que garantem espessura de

da camada de adesivo entre as partes.

Logo, no caso de estruturas com perfis adesivados, deverão ser estudados caso a

caso, garantindo a mesma transferencia de esforços que o projeto original e com

a utilização de elementos de fixação mecânica como parafusos, prisioneiros,

rebites ou pinos trava, posicionando os componentes e auxiliando e garantindo a

junção no retrabalho [22].

80

2.13. JUNÇÃO DE CHAPAS POR SOLDA À RESISTÊNCIA

Os subconjuntos que formam a carroceria, são soldados e/ou adesivados

formando conjuntos e esses por sua vez formam a carroceria, conhecido no meio

como carroceria em branco (Body in White, BW). Diversos processos de união

dos componentes atuam em conjunto, solda por resistência, solda a Laser e solda

MIG / MAG (a arco, deposição) e as juntas adesivadas, mais comuns nos

veículos com componentes em alumínio. Dentre esses processos a solda a ponto

é o mais utilizado em virtude da maior simplicidade, facilidade de controle e

menor investimento necessário, resultando em um produto com qualidade. Para

exemplificação, um automóvel possui cerca de 4.800 pontos de solda, diversos

cordões de solda MIG/MAG e em casos específicos, cordões ou pontos de solda

a Laser e uma média de 3,0 quilos de adesivo estrutural [16]. A Figura 29 mostra

as tendências no uso das diversas técnicas de junção de carrocerias no decorrer

das últimas décadas. Pode ser visto um aumento no uso da junção por

conformação (clinch), em parte pelo crescente uso do alumínio associado ao uso

do adesivo ou selantes utilizados na funilaria. Não obstante um decréscimo da

importância da solda a ponto resistiva, em virtude de suas características e

qualidade ela ainda é dominante na indústria automotiva.

Figura 29 – Tendências nos processos de junção em carrocerias automotivas

produzidas em série, sem considerar peculiaridades especiais de construção tais como estrutura monobloco em aço, “space-frame” em liga de alumínio ou peças

com concepção multi-material , [24].

81

A resistência e o modo de falhas de um ponto de solda são caracterizados

como funções principalmente da espessura das chapas, resistência mecânica do

metal, diâmetro do ponto aplicado e do modo de aplicação das cargas sobre esse

ponto. A Figura 30 nos mostra as técnicas de junção utilizadas na indústria

automobilística, que podem ser associadas ao adesivo/ selante.

a - solda sob pressão por conformação

b - solda sob pressão resistiva com acesso pelos dois lados

(a) (b)

Figura 30 – Processos de soldagem utilizados na indústria automobilística, [15].

A carroceria de um veículo necessita atender diversos requisitos, e os testes

físicos para essa aprovação são dispendiosos, complexos e demorados,

características não desejadas e determinantes na direção do sucesso ou não de um

produto na condição atual de competição em que o mercado se encontra. Uma

das ferramentas utilizadas para amenizar a quantidade destes testes é a análise

estrutural virtual (ou Simulação Virtual), onde as forças que atuam em um

veículo em situação real são aplicadas via software, e uma simulação do

comportamento do veículo é feita. Durante a simulação é também avaliado o

número de pontos de solda, cordões ou pontos de laser e cordões de MIG/MAG,

pontos adesivados associado a solda por resistência ou com a adição do adesivo

na forma de spray ou mantas estruturadas na composição de fibra de vidro ou

fibra de carbono envolta em adesivo a base de resina epóxi que ao passar pela

estufa transfere resistência a carroceria (mantas reforçantes), requeridos pela

Engenharia de Produtos, já que a partir da aplicação dos esforços são distribuídos

tais pontos de solda (resistência, laser e MIG/MAG) e os adesivos, nos diversos

82

conjuntos que compõem a carroceria, para que sejam evitadas torções, trincas e

quebras. A partir dos resultados é possível visualizar áreas com problemas

potenciais, e revisar a especificação das peças envolvidas antes de sua montagem

nos veículos de testes ou liberação dos desenhos. Isso permite minimizar os

custos e diminuir o tempo necessário ao desenvolvimento de um veículo, porém

os valores envolvidos ainda são elevados já que os equipamentos e o próprio

software são bastante sofisticados, ao mesmo tempo em que a simulação

completa, englobando todas as variáveis atuantes no processo real é praticamente

impossível em especial a simulação das áreas adesivadas. Em virtude disso

vários trabalhos foram publicados, sempre buscando o desenvolvimento de um

critério de falhas que permitisse a obtenção teórica do comportamento do ponto

de solda sob a ação de cargas [23] de maneira análoga ao comentado sobre a

simulação virtual – definiu que a grande dificuldade em se determinar um

critério com essa finalidade (e que atinja o nível de confiabilidade exigido) para a

solda a ponto se deve ao grande número de variáveis envolvidas no processo,

como por exemplo: os parâmetros da solda, a espessura e o material das chapas

envolvidas, o tamanho do botão (nugget) e quando associado ao adesivo

estrutural, sua espessura, características de cura, além da necessidade de

construção de um complexo banco de dados que possa englobar todos os

resultados colhidos das variações desses parâmetros, que do mesmo modo é

extremamente custoso. Segundo Heuschkel [25], Sawhill and Furr [26], Lin et al,

[27], em geral o modo de falhas de um ponto de solda sob carga deveria ser

indicado baseado nas condições do carregamento, propriedades do material,

diâmetro do botão de solda, espessura de chapa e parâmetros do processo de

solda. O trabalho ora apresentado vem contribuir com a importância na utilização

do adesivo estrutural, somando na qualidade da junção por solda a ponto,

garantindo estanqueidade, maior resistência a fadiga e vibração como uma

melhor distribuição dos esforços evitando concentração de esforços, ponto critico

na junção de chapas de menor espessura, característica dos materiais cada vez

mais comuns na industria automobilística. Nos testes realizados foram utilizados

materiais com 03 revestimentos distintos :

83

I – BGA – Galvanealed, chapa de aço com revestimento de zinco e processo de

revenimento.

II – BZ - chapa de aço revestida com camada de zinco processo de banho quente

(hot deep).

III – Bare – chapa nua, sem revestimento.

Com três espessuras :

A – 0,80 mm

B – 0,90 mm

C – 1,00 mm

Para os 03 formatos de junta ;

1 – junção somente pela solda por resistência (solda a ponto)

2 - junção somente pela adesivo estrutural

3 - junção pela associação entre o adesivo estrutural com a solda a ponto.

Os parâmetros de solda, portanto, foram ajustados respeitando, espessura das

chapas, característica do revestimento e a aplicação ou não do adesivo gerando

15 parâmetros de solda diferentes.

2.13.1. TECNOLOGIAS DE SOLDAGEM

2.13.1.1. Solda por Resistência

Segundo a RWMA [28], solda consiste na junção de duas ou mais peças de metal

através da aplicação de calor e às vezes de pressão. Solda por resistência abrange

o campo da solda onde o calor de solda nas peças a serem soldadas é gerado pela

resistência oferecida por essas peças para a passagem de uma corrente elétrica. A

solda por resistência difere dos processos de solda por fusão pela aplicação de

força mecânica para garantir a união das peças aquecidas. O efeito dessa força é

refinar os grãos da estrutura, produzindo assim uma solda com propriedades

84

físicas, na maioria dos casos, iguais aos metais que a deram origem, e às vezes

até superior.

2.13.1.2. Solda por Resistência a Ponto

Segundo a American Welding Society [15] solda por resistência é o processo

onde a fusão dos metais é produzida nas superfícies de contato em virtude do

calor gerado pelo trabalho de resistência da passagem da corrente elétrica. Força

é sempre aplicada antes, durante e após a aplicação da corrente para garantir boa

área de contato entre as superfícies e, em algumas aplicações, para garantir o

contato entre as chapas durante o resfriamento. Dentre os processos de solda por

resistência, podemos citar a solda a ponto, por costura e por projeção. A Figura

31 exemplifica os processos acima descritos.

Figura 31 - Processos básicos de solda por resistência elétrica, [15].

Na solda a ponto, o botão (nugget) do metal soldado é produzido na área de

contato do eletrodo, mas dois ou mais botões podem ser produzidos

simultaneamente usando-se conjuntos múltiplos de eletrodos. A solda a ponto

(assim como a solda por costura e projeção) envolve a aplicação coordenada de

corrente elétrica e pressão mecânica de magnitudes e durações apropriadas. A

corrente de solda deve passar dos eletrodos para as peças e sua continuidade deve

ser assegurada pelas forças aplicadas aos eletrodos, ou por projeções feitas nas

peças, com formas que forneçam a densidade de corrente e pressão necessárias.

A ordem das operações deve ser: primeiramente produzir calor suficiente para

permitir a fusão do metal das chapas a serem soldadas no local onde a pressão

dos eletrodos está sendo aplicada; tal pressão é mantida aplicada também durante

85

o resfriamento do metal até que o mesmo possua resistência suficiente para

manter as peças unidas. Do mesmo modo, a densidade da corrente e a pressão

devem ser suficientes para que seja formado o botão de solda, tomando-se o

cuidado para que não haja excesso, pois isso pode causar a expulsão do metal

fundido prejudicando a solda. A duração da corrente de solda deve ser

suficientemente curta para prevenir excesso de calor nos eletrodos, pois isso

reduz drasticamente sua vida útil [29]. O calor requerido para esse processo de

solda é produzido pela resistência das peças de trabalho à corrente de solda que

passa através do material. Em virtude do curto caminho que a corrente percorre e

pelo tempo de solda limitado, altas correntes são necessárias para o

desenvolvimento do calor requerido. A corrente de solda é gerada por um

transformador de solda a ponto (TSP), que trabalha com corrente de entrada de

alta voltagem (480 V) e baixa amperagem (100 A – 2 kA) e a transforma em uma

corrente de baixa voltagem (3 – 30 V) e alta amperagem (6 kA – 100 kA),

conforme a necessidade. Essa corrente parte de um eletrodo, atravessa as chapas

a serem soldadas quando aplicado o adesivo, atravessa-o e chega ao outro

eletrodo, e em virtude das resistências existentes nesse caminho (eletrodo,

material das chapas, adesivo) ocorrerá a geração do calor da solda. A Figura 32

mostra um esquema das resistências existentes no caminho da corrente.

Figura 32 – Resistências existentes no circuito percorrido pela corrente

elétrica, [29].

86

São quatro diferentes formas de fornecimento de energia para a solda a ponto

[30]:

- Uma fonte de corrente alternada, que utiliza 60 Hz, e a modifica através de

um transformador de solda a ponto;

- Uma fonte por descarga de capacitores, que fornece um curto pico de

energia, tipicamente na faixa de 100 W / seg a 850 W / seg, onde a energia

de solda pode ser ajustada, mas o tempo de duração do pulso é alterado

apenas em faixas pré-definidas, usualmente divididas em curto (6 ms),

médio e longo (15 ms);

- Uma fonte inversora que fornece um pulso controlado de média freqüência,

tipicamente 1000 Hz (já existem pulsos com mais de 26 kHz) para o TSP. A

corrente é então retificada para produzir uma corrente de solda direta que

pode ser utilizada em forma de pulso ou rampa para suavizar sua aplicação.

A seleção do tipo de fonte de potência é baseada nos materiais (condutividade

elétrica, térmica, dimensão, etc.) a serem unidos, velocidade de produção e

custos. A solda a ponto é um processo bem estabelecido que tem sido usado em

altos volumes de produção por muitos anos.

Outros desenvolvimentos têm aparecido na forma de projetos do cabeçote de

solda (ou máquina de solda) e operação. Controles eletromagnéticos da força e

posição dos eletrodos estão disponíveis, oferecendo maior precisão do processo

em relação aos sistemas com molas convencionais ou acionamento pneumático,

e a maior vantagem desse sistema é que o controle (tipo looping) das funções do

cabeçote de solda pode ser incorporado aos parâmetros de solda. Isso possibilita

a inclusão de fatores como o escalonamento da força, que pode ser programado

para diferentes valores em pontos diferentes, como aperto pré-solda, força de

solda e aperto pós-solda (para controlar e garantir o resfriamento do nugget). O

sistema de controle fechado pode ser utilizado em conjunto com softwares de

controle estatístico do processo, permitindo um controle de qualidade do

processo também em tempo real. A Figura 33 mostra o comportamento do calor

gerado no momento da solda, com o gradiente das temperaturas.

87

Figura 33 – Temperaturas no circuito de solda – inclusão de valores ºC

, [29].

A pressão é fornecida normalmente por um cilindro pneumático, e está

estritamente relacionada à força aplicada e a área de contado dos eletrodos. A

ocorrência da diminuição da área de contato dos eletrodos por desalinhamento,

apontamento incorreto e deformações na face de contato, conforme mostrado na

Figura 34, resultará na diminuição da resistência à passagem da corrente elétrica,

e consequentemente um aumento da pressão de solda (considerando-se a força

constante).

Figura 34 – Causas da diminuição da área de contato dos eletrodos, [29].

88

Os parâmetros iniciais da solda (corrente, tempo de solda, força aplicada, etc.)

são definidos em função da espessura e revestimento das chapas a serem

soldadas e se aplicado ou não o adesivo estrutural ou selante com característica

favorável a solda, já que constitui mais uma resistência elétrica à passagem da

corrente, de acordo com a norma General Motors WS-1 [29], conforme mostrado

na Tabela 9.

Tabela 9 – Parâmetros de Solda de Referência, [29]. C

ompr

essã

o

Sold

a

Ret

ençã

o

Paus

amm N Lb KA mm mm mm mm mm mm mm

0,75 - 1,10 3640 800 13,5 16 14 2 14 19,0 6,4 16,0 6,5 18,0 8,0 16,01,11 - 1,35 4550 1000 15,0 18 16 2 14 19,0 6,4 16,0 7,5 18,0 8,0 16,01,36 - 1,60 5450 1200 18,0 20 21 2 18 26,0 7,8 16,0 8,8 18,0 9,4 16,01,61 - 1,80 6360 1400 19,5 20 24 5 20 35,0 7,8 16,0 8,5 21,0 9,4 19,01,81 - 2,10 7270 1600 21,5 25 28 5 25 38,0 9,7 18,0 9,0 21,0 11,3 19,02,11 - 2,40 9090 2000 23,0 25 32 5 25 32,0 9,7 18,0 9,5 22,0 11,3 19,0

0,75 - 1,10 2937 660 10,5 9 10 3 7 18 5,6 14,3 7,2 16,5 7,4 14,31,11 - 1,35 2937 660 11,0 11 11 3 9 29 5,6 17,6 8,3 19,8 7,4 17,61,36 - 1,60 3916 880 13,2 13 13 3 11 35 7,0 17,6 9,7 19,8 8,8 17,61,61 - 1,80 4403 990 14,3 15 15 6 17 39 7,0 17,6 9,4 20,9 8,8 17,61,81 - 2,10 5382 1210 16,0 20 20 6 17 42 8,6 17,6 9,9 22,0 10,3 17,62,11 - 2,40 6360 1430 17,1 22 23 6 17 45 8,6 19,8 10,5 24,2 10,3 20,9

0,75 - 1,10 2670 600 11,4 12 10 2 8 16,0 5,1 13,0 6,5 15,0 6,7 13,01,11 - 1,35 3560 800 12,0 14 12 2 8 26,0 5,1 16,0 7,5 18,0 6,7 16,01,36 - 1,60 4448 1000 14,4 16 14 2 10 32,0 6,4 16,0 8,8 18,0 8,0 16,01,61 - 1,80 4893 1100 15,6 18 18 5 15 35,0 6,4 16,0 8,5 19,0 8,0 16,01,81 - 2,10 5782 1300 17,4 22 21 5 15 38,0 7,8 16,0 9,0 20,0 9,4 16,02,11 - 2,40 7117 1600 18,6 24 24 5 15 41,0 7,8 18,0 9,5 22,0 9,4 19,0

0,75 - 1,10 2670 600 9,5 8 9 2 6 16,0 4,0 13,0 6,5 15,0 5,6 13,01,11 - 1,35 2670 600 10,0 10 10 2 6 19,0 4,5 16,0 7,5 18,0 6,1 16,01,36 - 1,60 3560 800 12,0 12 12 2 8 26,0 5,0 16,0 8,8 18,0 6,6 16,01,61 - 1,80 4003 900 13,0 14 14 5 10 29,0 5,3 16,0 8,5 19,0 6,9 16,01,81 - 2,10 4893 1100 14,5 18 18 5 12 32,0 5,7 16,0 9,0 19,0 7,3 16,02,11 - 2,40 5782 1300 15,5 20 21 5 14 35,0 6,0 16,0 9,5 20,0 7,6 16,0

Eletrodo

Espessura Governante

EG

Força Requerida F

Corrente de Solda

I

Tempo Total

Ciclo = 1/60 seg

Dist. min entre

pontos

Diâmetro mínimo do

botão

Flange mínima

dmin emi fminamind1min Dminlmi

Con

diçã

o da

Su

perfí

cie

de C

olas

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alva

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Gn

x G

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G x

N

Con

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o da

S

uper

fície

de

Col

aspo

Nua

l com

Nua

SC =

N x

N

Frisamos que os valores acima são apenas referência, podendo-se alcançar boa

qualidade de solda com outras combinações (aumentando-se a corrente e

diminuindo-se o tempo de solda, por exemplo). Para um melhor entendimento

dos valores citados, deve-se conhecer a definição de cada uma das etapas de um

ciclo simples de solda, mostrado na Figura 35. Dessa Tabela serão tiradas os

parâmetros de solda a serem validados nesse trabalho, mais precisamente da

condição de solda de chapa nua com chapa nua.

89

•Compressão – é o tempo durante o qual os eletrodos comprimem as peças até o

início da passagem da corrente;

•Tempo de Solda – é o intervalo de tempo durante o qual ocorre a passagem da

corrente elétrica, mantendo-se a compressão;

•Retenção – é o tempo em que a compressão é mantida, após a passagem da

corrente, para garantir o resfriamento e solidificação do botão de solda;

•Pausa – é o tempo durante o qual os eletrodos não estão em contato com as

peças.

Figura 35 – Ciclo completo de solda, [15].

90

A relação entre a Resistência (somatória das resistências do material do eletrodo,

do contato do eletrodo com a peça, do material da peça, de contato entre as peças

a serem soldadas com uma pequena película do adesivo entre as superfícies de

contato da peça) em função do tempo, medido em ciclos, é mostrada na Figura

36 (considerando-se a aplicação de força constante).

Figura 36 – Gráfico de Variação Resistência X Força, [15].

2.13.1.3. Estação de solda a ponto manual

Uma estação típica de solda a ponto manual utilizada na General Motors é

composta por:

Transformador de solda a ponto (TSP);

Programador de solda;

Unidade auxiliar

Cabo secundário;

Máquina de solda a ponto portátil (MSPP);

Estruturas de sustentação;

A Figura 37 ilustra uma estação típica de solda a ponto portátil, desde a estrutura

de sustentação fixada no prédio até a máquina de solda a ponto portátil.

91

Figura 37 – Estação típica de solda a ponto, [15].

É claro que existem variações, de acordo com a necessidade de produção, layout

disponível, etc.

2.13.1.4. Transformador de solda a ponto

Conforme já mencionado, o transformador de solda transforma a corrente

primária

alta voltagem / baixa amperagem em uma corrente secundária de alta amperagem

e baixa voltagem. Existem várias configurações para os TSP’s, dependendo do

método de solda selecionado. A maioria é monofásica com corrente alternada,

mas existem outras opções disponíveis. Devido às grandes perdas no secundário

dessas máquinas, os TSP’s têm voltagem secundária maior quando comparados

92

com as máquinas de solda estacionárias, e é semelhante a outros tipos de

transformadores de solda por resistência, com a exceção de que devido à sua alta

voltagem secundária, o seu secundário consiste de duas espiras, conectadas em

série ou paralelo. A conexão primária, quando usada, tem de quatro a oito

derivações, que fornecem uma faixa de 60% a 100% da voltagem de saída.

Assim, se a saída máxima é de 10 V com o secundário conectado em paralelo,

será de 20 V conectado em série, e o ajuste total possível será de 6 a 20 V.

Embora a potência de saída primária de uma máquina de solda a ponto portátil

seja muito maior que a de uma máquina estacionária, o TSP ainda é projetado

para operar em um regime de trabalho de 50 % da potência total, e na prática

esse valor é muito baixo quando comparado com as máquinas de solda

estacionárias [29]. Quando a corrente atravessa as espiras do TSP, cria um

campo magnético, que é acoplado através do núcleo de ferro ao enrolamento

secundário e induz uma voltagem secundária. Se existem o dobro de espiras no

enrolamento primário em relação ao secundário, a voltagem secundária será de

valor igual à metade da voltagem primária e a corrente secundária será o dobro

da corrente primária. A Figura 38 mostra uma vista em corte de um

transformador.

Figura 38 – Transformador de solda a ponto, [29].

93

A voltagem primária de um transformador está relacionada com a voltagem

secundária assim como o número de espiras do enrolamento primário está para o

número de espiras do enrolamento secundário. Isso é conhecido como Relação

de Espiras. A Figura 39 mostra um transformador básico de solda a ponto para

exemplificar essa relação. O transformador possui 88 espiras no primário e 1

espira no secundário. A Relação de espiras é, portanto 88:1. Temos:

188

V5V440

undáriosecnoespirasprimárionoespiras

SecundárionoVoltagemimárioPrnoVoltagem

===

881

V12000A136

primárionoespirasundáriosecnoespiras

SecundárionoCorrenteimárioPrnoCorrente

===

Figura 39 – Transformador básico de solda a ponto - esquema, [29].

2.13.1.5. Cabo Secundário

A corrente de solda é transmitida do circuito secundário do TSP para a máquina

de solda através de um cabo condutor flexível refrigerado à água chamado de

cabo de baixa reatância ou cabo secundário bipolar. As correntes secundárias são

normalmente na faixa de 8.000 Amperes a 20.000 Amperes na solda de aços,

podendo exceder 50.000 Amperes na solda do alumínio. A área da seção

transversal do cabo secundário é expressa em “circular mills” (cmil), que

significa a área de um círculo com diâmetro de 0,0254mm, e possui normalmente

de 300.000 a 650.0000 cmil. Essa dimensão é expressa como 300 MCM a 650

MCM, e é usada para indicar a capacidade de transporte de corrente do cabo. O

94

comprimento do cabo é normalmente de 6 a 12 pés e os fabricantes

disponibilizam informações para o dimensionamento do cabo, em relação à

corrente de solda e porcentagem do regime de trabalho.

2.13.1.6. Programador de solda

Os programadores (ou controladores) atuais de solda utilizam a tecnologia dos

microprocessadores para controlar o fluxo da corrente elétrica da linha de

alimentação até o TSP. Equipamentos para altos volumes de produção e

múltiplos pontos de solda requerem controladores especiais com múltiplos

contatores e tiristores (retificadores de silício); para baixos volumes de produção

utilizam controladores com apenas um tiristor. As especificações atuais dos

controladores possibilitam avançados métodos de controle do programa de solda

e da operação monitoração. Incluídos na lista de novos requisitos estão

informações como: monitoração e gravação das informações do ciclo de solda da

corrente, monitoração da solda e capacidade de comunicação via Internet /

similar para busca e obtenção de programas de solda. A Figura 40 mostra um

programador de solda e seus componentes. O referido programador é compatível

com aplicações manuais, com robôs ou automáticas (chamadas hard

automation). É construído para operar com uma alimentação de 60 Hz, com

voltagem de 480 Volts ou 575 Volts [29].

95

Figura 40 – Programador de solda a ponto, [29].

2.13.1.7. Máquinas de solda a ponto

As máquinas de solda a ponto utilizadas nas plantas da General Motors são na

grande maioria de acionamento pneumático para obtenção da força de solda.

Entretanto, existe a possibilidade de se adotar máquinas de solda acionadas por

motores elétricos (servos) chamadas de Servo-gun. A máquina de solda

pneumática utiliza um cilindro para acionamento da parte móvel, e podem ser

classificadas como de ação direta (tipo “C”) e de ação basculante (tipo “X” ou

“pinça”). As Figuras 41 e 42 mostram o esquema de funcionamento de cada um

destes tipos.

Tipo “C”

Figura 41 – Tipos de máquinas de solda a ponto – Tipo “C”, [32].

96

Tipo “X”

Figura 42 – Tipos de máquinas de solda a ponto – Tipo “X”,[32]

2.13.1.8. Estação de solda a ponto automática

De acordo com as necessidades do volume de produção, acesso ao produto,

requisitos da solda, etc., a máquina de solda pode ser acoplada a um robô,

eliminando-se inclusive problemas de ergonomia e pontos de operação chamados

cegos, em que não há a possibilidade de visualização do local a ser soldado.

Existe ainda a configuração em que a máquina de solda é fixada a um pedestal

dentro da célula, e o robô manipula a peça através de garra, normalmente com

grampos pneumáticos, e a posiciona para a solda. Uma célula típica de solda a

ponto automática é composta por uma cerca de proteção, painel de comando,

robô e dispositivo de solda (ou robô, garra e pedestal), além da máquina de solda

propriamente dita.

A Figura 43 ilustra uma dessas configurações.

97

43 – Estação típica de solda a ponto automática

[http://www.seesaipa.com/Robotics/Robotics%20&%20Automation%20Group.ht

m] (27 junho 2005)

2.13.1.9. Descontinuidades na solda por resistência

A qualidade requerida da solda depende primeiramente da sua aplicação. A

qualidade da solda pode ser afetada pela composição química e condições do

metal base, projeto da junção e das peças, condição dos eletrodos e equipamentos

de solda e quando aplicada em conjunto com o adesivo, as características deste.

Em algumas aplicações, cada solda deve atender os requisitos mínimos de uma

especificação em particular (válido para aviões e veículos espaciais). Outras

aplicações podem ter normas para soldas satisfatórias, assim como permitir uma

determinada porcentagem de defeitos (componentes automotivos, por exemplo).

Os requisitos de projeto devem incluir aparência superficial, resistência mínima,

etc., e devem ser monitorados por um sistema de controle de qualidade, incluindo

inspeção visual e exame destrutivo da solda. Os fatores mais importantes da

qualidade da solda são: aparência superficial, dimensões da solda, penetração,

resistência e ductilidade, descontinuidades internas, separação de chapas,

expulsão de material e consistência da solda.

98

2.13.1.10. Aparência Superficial

Não é uma indicação infalível da resistência ou dimensão da solda, mas sim

indica as condições sob as quais a solda foi feita (por exemplo, pontos de solda

em uma junção devem ter aparências superficiais idênticas). Entretanto, a

segunda e as sucessivas soldas podem ter um menor tamanho em virtude da fuga

de corrente para os pontos já soldados (efeito shunting).

2.13.1.11. Dimensão da Solda e Profundidade de Fusão

O diâmetro ou largura da zona de fusão deve atender os requisitos de uma

determinada especificação ou critério de projeto. Na falta de tais requisitos, pode-

se considerar que pontos de solda feitos em condições normais de produção

devem ter de 3,5 a 4,0 vezes a espessura da chapa mais fina (mínimo). No caso do

nosso estudo, utilizamos do conceito que o ponto de solda mínimo foi definido

pela Equação (11) prática :

.4. espd mín = (11)

onde :

.mínd : diâmetro mínimo do ponto de solda

.esp : menor espessura do conjunto de duas chapas

Existe um limite máximo do tamanho do ponto de solda, baseado nas limitações

econômicas e nas leis da geração e dissipação de calor. A Tabela 10 mostra os

principais tipos, causas e efeitos de algumas condições indesejadas na solda.

99

Tabela 10 – Causas e efeitos de descontinuidades na solda, [15].

Profundidade de fusão é a distância na qual o botão de solda penetra nas peças

que estão em contato com os eletrodos. A profundidade mínima de fusão é aceita

geralmente como sendo 20 % da espessura da chapa mais fina (conceito chamado

de endentação). Se menor que 20 % a solda é chamada “solda fria”, pois o calor

gerado foi muito baixo. Variações normais na corrente, tempo e força dos

eletrodos causarão alterações indesejáveis na resistência da solda fria e em casos

extremos não há a formação do botão de solda. A profundidade de fusão não deve

exceder 80 % da espessura da chapa mais fina, o que resultaria em endentação

excessiva e expulsão do material, quando utilizado em conjunto com o adesivo,

preenchendo o espaço entre as chapas a serem soldadas, estes controles são mais

complexos.

2.13.1.12. Resistência e ductilidade

Estruturas empregando pontos de solda são projetadas normalmente para que a

solda receba um carregamento de cisalhamento quando sob tensão ou

compressão. Em alguns casos, a solda pode ser tensionada quando a direção do

carregamento for normal ao plano da junção, ou a solda pode ser tensionada com

a combinação tensão e cisalhamento. A resistência requerida por pontos de solda

é normalmente especificada em libras (1 lb = 0,454 kg) por solda. É uma boa

100

prática especificar uma resistência da solda maior que aquela utilizada nas soldas

com a recomendação mínima de tamanho do botão, não excedendo 150 %. A

resistência do ponto de solda aumenta com o aumento do seu diâmetro, mesmo

que a tensão média aplicada diminua. A tensão média diminui em virtude da

tendência crescente da falha ocorrer nos limites do botão, conforme ele aumenta

de tamanho. Em aços de baixo carbono, por exemplo, a média da tensão de

cisalhamento calculada em uma boa solda no momento da sua ruptura varia de 10

a 60 ksi (69 – 414 MPa). Valores baixos são aplicados a soldas relativamente

grandes, e do mesmo modo valores altos são aplicados a soldas pequenas; em

ambos os casos, a tensão de tração real é próxima ao limite de resistência à

tração. Esses fatos tendem a causar uma variação da resistência ao cisalhamento

linearmente ao diâmetro. Um ponto de solda não tem grande resistência à torção

quando o eixo de rotação é perpendicular ao plano das peças soldadas. Essa

resistência varia com o cubo do diâmetro (tamanho da solda).Uma pequena

deformação torsional é verificada antes da falha. Os deslocamentos angulares

variam de 5 graus a 180 graus dependendo da ductilidade do material soldado, e a

ductilidade de uma solda por resistência é determinada pela composição do metal

base e o efeito de altas temperaturas, além de um resfriamento rápido do metal

base logo em seguida. Infelizmente os métodos padrões para a medição da

ductilidade não são adaptáveis ao ponto de solda. O que mais se aproxima seria

um teste de dureza, pois a dureza é usualmente o inverso da ductilidade. Para uma

dada liga, a ductilidade usualmente diminui com o aumento da dureza [29]. Outro

método para a indicação da ductilidade de um ponto de solda é a determinação da

relação entre a resistência à tração e a resistência à tensão de cisalhamento. Uma

solda com boa ductilidade possui alto valor para essa relação; com baixa

ductilidade tem-se um baixo valor para a relação. Para minimizar os efeitos do

resfriamento rápido, podemos utilizar alguns métodos:

- Usar tempo de solda relativamente alto, para fornecimento de calor à peça;

- Pré-aquecer a área a ser soldada, porém sem afetar o adesivo ;

- Temperar a solda, a ZTA e o conjunto soldado.

101

Porém, tais métodos não são sempre práticos. O primeiro produz grande distorção

no conjunto; o segundo requer máquinas de solda com controle das características

citadas; o terceiro envolve a adição de uma operação.

2.13.1.13. Descontinuidades Internas

Descontinuidades internas incluem trincas, porosidades, grandes cavidades e no

caso de alguns metais com revestimento, inclusões metálicas no botão de solda.

Essas descontinuidades não afetarão a resistência à fadiga se estiverem

localizadas inteiramente na porção central da solda; por outro lado é

extremamente importante que não ocorram defeitos na periferia da solda onde as

tensões de carregamento são altamente concentradas. Pontos de solda em chapas

de espessura de 1,0 mm ou maiores podem ter pequenas cavidades no centro da

solda conforme mostrado na Figura 44 A. Essas cavidades são menos

pronunciadas em alguns metais que em outros, devido a diferenças na força

exercida pelos eletrodos no metal quente. Essas cavidades não são prejudiciais em

situações normais. Entretanto, quando há expulsão de metal fundido conforme

mostrado na Figura 44 B em função dessa cavidade, pode haver uma diminuição

da área fundida, e nesse caso a cavidade torna-se extremamente prejudicial.

Figura 44 A / B – Cavidades internas – chapas de espessura igual ou maior que

1,0 mm, [15].

É esperado um certo número de cavidades na produção, e a expulsão de metal é

resultado de condições impróprias de solda, mas o número de cavidades aceitas

deve ser limitado pelas especificações. O melhor método para verificação da

aderência dos pontos de solda é através de um programa de controle de qualidade

estatístico, com corpos de prova e testes destrutivos. Defeitos internos são

causados geralmente por baixa força dos eletrodos, alta corrente, ou outra

102

condição que produza calor excessivo. Podem ser causados também pela remoção

da força no eletrodo muito rapidamente após o término da corrente.

2.13.1.14. Separação das chapas e expulsão

A separação das chapas ocorre na superfície de contato como resultado da

expansão e contração do metal soldado e do efeito de forjamento aplicado pelos

eletrodos no botão de solda quente. A quantidade da separação varia com a

espessura do metal base, aumentando com o aumento da espessura. A separação

excessiva das chapas resulta das mesmas causas da endentação da superfície.

Montagem imprópria dos eletrodos pode agir como punção durante a aplicação da

força. Isso tende a diminuir a espessura da junção, forçando as chapas para cima

ao redor dos eletrodos , Figura 45.

Figura 45 – Separação excessiva entre as chapas, [15].

Expulsão é o resultado de excesso de calor, geralmente causado pelo excesso de

corrente, e resulta em cavidades internas e usualmente reduz a resistência da

solda. Isso é ainda pior quando existe a combinação de alta corrente com força

inadequada e faceamento incorreto dos eletrodos. Esta tendência é tão

pronunciada que a máxima corrente é normalmente limitada ao valor em que a

expulsão não ocorrerá (ainda).

103

2.13.1.15. Qualidade da solda a ponto

O controle da qualidade de qualquer processo de solda por resistência é baseado

na habilidade da máquina de solda em repetir resultados sob condições

controladas. É dessa característica de repetibilidade e dos requisitos para o

controle das condições sob as quais a máquina trabalha que resulta o grande

problema no controle de qualidade da solda. É claro que esse controle envolve

muitos fatores separadamente e alguns departamentos, como podemos ver a

seguir [29].

• Pessoas: Assegurar treinamento adequado para os funcionários e utilizar

suas habilidades mais eficientemente é um dos maiores problemas. Os problemas

com pessoal incluem individualmente todos os departamentos envolvidos na

fabricação da peça final.

• Fatores e Variáveis que Afetam a Qualidade da Solda: Existem vários

fatores ocorrendo durante a produção e influenciando a qualidade de solda. Um

entendimento desses fatores e seus efeitos é uma das ações mais importantes.

• Pressão e Sistema de Força: O sistema de pressão do equipamento de

solda é normalmente hidráulico ou pneumático. Com um sistema hidráulico ou

pneumático a força de solda é gerada pela pressão do cilindro, onde está fixado o

eletrodo de força. O efeito de uma força imprópria do eletrodo pode ser ilustrada

em função da Equação (12) usada na resistência de soldagem

tRIQ ..2= (12)

onde :

Q : calor gerado para caldeamento das chapas

I : corrente elétrica no sistema

R : total de resistências elétricas

t : tempo no processo de solda

104

Baixa força no eletrodo aumentará o fator de resistência R nessa Equação.

Enquanto uma alta resistência (causada por uma baixa força) gerará mais calor,

teremos também efeitos negativos como expulsão de metal, solda porosa, baixa

vida dos eletrodos e sola de baixa resistência.

• Condições e Geometria do Eletrodo: Um procedimento de solda completo

deve incluir um tipo de eletrodo determinado (com forma ou geometria

determinadas). A perda dessa geometria pode causar efeitos desastrosos na

qualidade da solda. A área real de contato entre o eletrodo e a peça determinará a

densidade da corrente de solda em Ampéres por polegada ao quadrado e a

densidade da força do eletrodo, ou pressão, expressa em libras por polegada ao

quadrado. Os eletrodos devem ser trocados assim que qualquer alteração na sua

forma e geometria seja verificada.

• Queda da Tensão Primária: na maioria das fábricas, a corrente primária é

constante. Os problemas da qualidade de solda aparecem quando as variações

excedem os limites normais.

• Aumento da Resistência e da Reatância no Circuito Secundário: Os

membros que transmitem a corrente no secundário devem ser mantidos em boas

condições para evitar quedas de correntes. Se os equipamentos (cabos jumper,

etc.) ou cabos são refrigerados a água, é necessário muito cuidado com seu fluxo.

Aditivos na água muitas vezes são corrosivos sobre o cobre, o que pode reduzir o

diâmetro dos canais de refrigeração. Qualquer aumento na temperatura de

operação do secundário aumentará também sua resistência.

Uma das melhores maneiras de minimizar os problemas de qualidade de solda é

através de pessoal treinado, que tenha conhecimento do processo de solda por

resistência e do equipamento, além de um programa sério e regular de

manutenções. A consistência da qualidade de solda por resistência pode ser

105

mantida com um controle próprio dos fatores que tendem a produzir variações no

produto final. Os fatores incluem:

1. Projeto da junta soldada

2. Tolerância da espessura do material;

3. Composição, têmpera e condições da superfície do metal base;

4. Material e forma do eletrodo;

5. Resfriamento do eletrodo e da solda;

6. Variáveis do ciclo de solda;

7. Tratamentos térmicos após a solda.

8. Características do adesivo aplicado entre as chapas.

Os parâmetros da solda devem ser revisados quando existirem alterações na

composição, têmpera ou condição superficial do metal, como nas características

do adesivo, pois o uso de parâmetros e técnicas corretas de solda ajudam na

obtenção de uma consistência na qualidade. Fatores como corrente, tempo e força

devem ser muito bem controlados, e o número de peças a serem soldadas varia

conforme varia o método de teste. São usados então métodos estatísticos para

melhor prever a qualidade. A aplicação de um controle estatístico na produção da

qualidade tem três principais objetivos:

1. Reduzir o número de rejeições e paradas de máquinas por mal

desempenho;

2. Ajudar no estabelecimento de limites de procedimentos para uma

qualidade satisfatória;

3. Prover uma medição confiável da qualidade real da produção.

Se esses objetivos são atingidos, o produto terá alta qualidade e baixo custo, e

mínima rejeição (scrap). Os princípios básicos do controle estatístico são

largamente usados na indústria. Esses princípios são:

- Selecione amostras da produção e as teste para verificar desempenho versus

especificação;

- Estime a provável qualidade de toda a produção a partir da análise da

amostra;

106

- Preveja a qualidade futura considerando a qualidade do passado e a atual.

Os métodos de amostragem, extração de informações dessas amostras, e decisão

se o procedimento de solda deve ser permitido compõem o sistema de qualidade.

2.13.1.16. Solda a ponto em aços de baixo carbono

A resistência ao cisalhamento de um ponto de solda em aço leve é dependente de

um grande número de variáveis incluindo a qualidade da solda, seu tamanho e a

concentração de tensões. A resistência ao cisalhamento de um ponto de solda

feito corretamente deve ser igual a do metal base maior que uma junção por

rebites ou parafusos na mesma área. Assumindo um tempo de solda apropriado,

o resfriamento sob a força dos eletrodos aparenta ser benéfica na redução de

trincas e na produção de uma estrutura de qualidade.

A resistência dos pontos de solda depende também da resistência do material,

que por sua vez depende da composição, tratamento térmico, e grau de trabalho a

frio. Um bom ponto de solda é um equilíbrio entre aumentar a resistência e ao

mesmo tempo controlar o aumento da endentação na chapa. Isso é um indicativo

de um valor acertado da corrente de solda. Correntes de solda abaixo do valor em

que é produzido calor suficiente para as chapas atingirem a temperatura da fase

plástica (já contando-se as perdas de calor) não produzirão boas soldas. Para o

maior valor da corrente, pode-se usar a referência do início da expulsão de metal

como limite. Um bom teste para a avaliação dos maiores valores da corrente

pode ser também o ponto em que ocorre grande aumento na endentação, como

por exemplo, de 2% para 10%.

107

2.13.1.17. Solda a ponto com adesivo

Solda a ponto com adesivo é a combinação do ponto de solda por resistência com

a aplicação do adesivo estrutural. O adesivo em pasta, liquido ou filme é aplicado

entre os componentes a serem unidos e a corrente elétrica é aplicada,

atravessando este material adesivo. É permitido ao adesivo que o processo de

cura ocorra à temperatura ambiente ou quando aplicado temperatura numa estufa.

A função adicional do ponto de solda é manter unidos e posicionados os

componentes a serem também unidos pelo adesivo até o seu período total de cura

a temperatura ambiente ou pela ação da alta temperatura numa estufa. Estes

pontos de solda com função principal de posicionador, são normalmente em

pequena quantidade e não contribuem ativamente para a resistência da junta que

possui sua resistência principal na parte adesivada. Comum encontrar estruturas

soldadas por resistência associado ao adesivo na industria aeroespacial e na

industria de transportes. O conceito de solda a ponto adesivada é utilizada para a

união de perfis das estruturas com os painéis das aeronaves como também para a

união dos painéis estampados com reforços. O adesivo no caso em pasta ou filme

poderá ser aplicado em um único componente ou nas duas faces a serem unidas.

A força de compressão aplicada pelos eletrodos na operação de solda, expulsa o

excesso do adesivo na região especifica do ponto criando um caminho para a

passagem da corrente. O adesivo deve possuir alta capacidade de molhamento e

características de alastramento a fim de uma perfeita distribuição na superfície a

ser soldada A cura prematura do adesivo, anterior ou durante a aplicação do

ponto de solda poderá barrar o movimento especifico no momento do ponto

resultando em aumento na resistência elétrica entre as faces do adesivo. Alta

resistência elétrica poderá impedir a passagem da corrente de solda , ou permitirá

a geração de excesso de calor e subsequente expulsão do metal na região do

ponto. Aplicação da força de pre-compressão nos eletrodos, anterior ao ciclo de

solda, poderá auxiliar na distribuição e eliminação do excesso do adesivo nas

faces a serem soldadas. Juntas Solda-Adesivadas melhoram a resistência a fadiga

e aumentam a durabilidade da junta acima do obtido exclusivamente pela união

108

por pontos de solda. O processo pode influenciar de maneira positiva na

distribuição das tensões do conjunto soldado, aumentando a rigidez geral do

conjunto e a resistência a deformação por amassados nas chapas de pequena

espessura [15]. O adesivo nas juntas Solda-Adesivadas atuam como

amortecedores das vibrações e ruídos, promovendo aumento na resistência à

corrosão já que o , quando aplicado o ponto de solda nos painéis revestidos em

função da temperatura de fusão do material base expulsa, evapora o revestimento

(zinco e suas ligas) [31]. O adesivo atuando em conjunto com o ponto enclausura

a região sem o revestimento, permitindo maior resistência a corrosão . No inicio

da solda, na passagem da corrente com a adesivo sensível a temperatura inicia o

processo de geleficação formando uma coroa ao redor do ponto, enclausurando

qualquer formação acida que venha surgir da queima do revestimento em

combinação a gases tóxicos. Esta coroa de adesivo torna-se resistente após a cura

total que se dará na estufa a uma temperatura uniforme. Em alguns componentes

aeronáuticos foram conseguidos melhor eficiência em custo nos processo que

unem o adesivo a solda a ponto, em comparação a juntas exclusivamente

adesivadas ou com elementos mecânicos de fixação (parafusos, prisioneiros,

rebites, solda por fusão (resistência elétrica) ou por deposição (MIG / MAG). As

desvantagens da junta solda adesivada , em muitas aplicações é a adição de custo

do adesivo , o tempo de processo da cura e o tempo e o processo de preparação

das superfícies de contato como o tempo, processo (equipamento) para a

aplicação do adesivo, necessário controle detalhado dos parâmetros da solda para

garantir a qualidade especificada.. No que diz respeito ao conjunto final, este

deverá respeitar as temperaturas máximas de trabalho do adesivo curado aplicado

na junta. A presença do adesivo na composição do pacotes de resistências

elétricas que a corrente elétrica deverá atravessar aumenta a complexidade da

solda , onde a espessura, características químicas do adesivo (homogeneização

do lote, capacidade de molhamento, viscosidade) afetam a qualidade e segurança

final no ponto de solda. Os parâmetros de solda deverão ser ajustados

especificamente para o ponto adesivado, levando em consideração as

dificuldades porém lembrando os ganhos específicos que somente uma junção

entre solda com a participação do adesivo pode oferecer [15].

109

3. OBJETIVO

A proposta deste trabalho é de forma prática, com materiais de uso comum na

indústria automobilística nacional, analisar a participação do adesivo estrutural

na formação da carroceria e para tal foram definidos os testes de cisalhamento e

despelamento, com a associação ou não da solda a ponto ao adesivo, situação

comum na produção e que poderá ser intensificada caso os resultados se mostrem

consistentes.

A combinação das quatro variáveis

• FORMA DE CARREGAMENTO (cisalhamento e despelamento)

• PROCESSO DE JUNÇÃO

• ESPESSURA DAS CHAPAS

• REVESTIMENTO NA CHAPA

Permite o detalhamento do assunto, cobrindo as diferentes interações.

110

4. MATERIAIS E MÉTODOS

Foram utilizados materiais de uso comum na indústria automobilística nacional,

produzidos por empresas locais .

O Adesivo Estrutural Epóxi monocomponente é material de uso comum na

produção da GMB, sendo preparado por diversos fornecedores que atendem as

especificações conforme norma interna GMB EMS9309579 [37].

4.1. CHAPAS METÁLICAS

Chapas de aço carbono, seguindo especificação conforme norma GMB [35], com

revestimento ou não, material de produção normal, com qualidade garantida pela

usina fornecedora onde todos os dados padrões são especificados na nota fiscal,

Figuras anexas.

Foi tomado o cuidado de todo o material ser do mesmo lote / bobina, garantindo

o rastreabilidade dos CPs.

4.1.1. GRAU DE ESTAMPAGEM

No intuito de focar a analise na junção, item de nossa observação, os materiais

foram especificados dentro do mesmo grupo referente ao grau de estampagem,

segue anexa a identificação dos materiais.

classe EP – qualidade de estampagem profunda

classe EEP – estampagem extra profunda, resistente ao envelhecimento

classe CSC – estampagem para conformação supercrítica

111

4.1.2. ESPESSURAS

Definidas as espessuras de maior utilização numa estrutura de carroceria

automotiva, para um veiculo médio. Vale salientar que o trabalho foi focado para

uma carroceria de veiculo médio, logo caso seja analisado para um veiculo

comercial, outras espessuras serão mais indicadas [35].

A tolerância e padrão comercial executado pela usina, caso seja modificada, será

considerado um material especifico, sendo cobrado uma sobre taxa que torna o

novo material não mias comercial.

0,80 mm +/- 0,07 mm

0,90 mm +/- 0,07 mm

1,00 mm +/- 0,10 mm

4.1.3. REVESTIMENTO

Seguindo o mesmo conceito de definição das espessuras, os revestimentos

escolhidos são o de maior consumo na indústria automobilística nacional [35].

Vale ressaltar que o uso de material BGA (galvanneal) é mais comum na

indústria automobilística asiática que nos mercados europeus ou mesmo

americano.

BGA – bobina galvannealed produzida em linha contínua de galvanização

BGA 45A45A – bobina galvannealed (Zn-Fe) com 45A = 45 g/m² de massa de

revestimento por face, no caso, dupla face galvanizada (Zn-Fe com teor de 8 a 12

% de Fe)

112

BZ – bobina zincada produzida em linha contínua de galvanização a quente

BZ 70G70G – bobina zincada com 70G = 70 g/m² de massa de revestimento por

face, no caso, dupla face.

BFF – bobina a frio sem revestimento (chapa nua)

Os corpos de prova (CP) foram constituídos, mantendo elementos com a mesma

espessura e revestimento das chapas metálicas, conforme Tabela 11,

Tabela 11 - Composição dos corpos de prova (CP n)

# ESPESSURA

mmREVESTIMENTO LIM. ESCOAM.

(MPa)CIZALHAMENTO

C.P.QTY DESPELAMENTO

C.P.QTY

CP 1 0,80 BGA EEP _188 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

CP 2 0,80 BZ EEP/R_158 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

CP 3 0,80 BARE EEP _189 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

CP 4 0,90 BGA EEP/R_202 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

CP 5 0,90 BZ EP_206 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

CP 6 0,90 BARE EEP_195 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

CP 7 1,00 BGA CSC_164 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

CP 8 1,00 BZ EEP_171 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

CP 9 1,00 BARE EEP_181 25,0 x 100,0 80 25,0 x 310,0 80

113

4.1.4. COMPOSIÇÃO QUÍMICA PADRÃO DAS CHAPAS AÇO CARBONO

Anexo, segue Tabela 12, que detalha as faixas definidas como padrão que foram

atendidos pelas usinas fornecedoras em todos os materiais, em relação a

composição química dos revestimentos.

Tabela 12 - Composição química das chapas de aço carbono, [35].

Grau

%

Carbono

máx.

%

Manganês

máx.

%

Fósforo

máx.

%

Enxofre

máx.

%

Alumínio

mín..

%

Titânio

EP 0,007 – 0,080 0,45 0,030 0,030 0,015 -X-

EEP 0,007 – 0,080 0,45 0,030 0,030 0,015 -X-

CSC 0,001 – 0,007 0,35 0,020 0,020 0,015 0,010 – 0,020

4.1.5. PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS CHAPAS DE AÇO CARBONO

A Tabela 13, detalha as propriedades mecânicas que foram atendidos pelas

usinas fornecedoras em todos os materiais, vale relembrar quer todo material a

ser enviado, deverá ser retirado um lote e ser testado pelo fornecedor, onde os

critérios básicos de aprovação serão impressos na nota fiscal de entrega,

conforme figuras dos materiais utilizados nos testes de junção.

114

Tabela 13 - Propriedades mecânicas das chapas de aço carbono, [35].

L0= 50(mm)

L0= 80(mm)

L0= 50(mm)

L0= 80(mm)

EP 275 260 370máx. 33 32 34 33 57 -x- -x-

EEP 270min. 37 36 38 37 -x- -x- -x-

CSC (2)270min. 41 40 42 41 -x- 1,8 0,22

Nota (1) : para os materiais revestidos, por imersão a quente, admite-se uma redução de até 8% no valor da anisotropiaNota (2) : a utilização destes graus devem ser aprovados pela Engenharia de Materiais da GMB

Durezamáx.(HRB)

Anisotropiar min. (1)

Expoente de Encruamento

n min.

t <= 0,6 mm

Alongamentomin.

%

Grau

t < 0,9 mm

Lim. de Escoamentomáx.(MPa)

Indice de Embutimento

min.(mm)

Lim. de Resist. à Tração(MPa)

140 - 220 veja tabela embutimento

140 - 180

t >= 0,9 mm

t >0,6 mm

Tabela 14 - Características do Embutimento Erichsen (diâmetro de punção 20,0 mm), [35].

ESPESSURA EP EEP CSC

0,80 -x- 10,40 -x-0,90 10,30 10,60 -x-1,00 -x- 10,80 11,20

4.1.6. ÓLEO DE PROTEÇÃO E ESTAMPAGEM

Seguindo a especificações da norma referência [38], [39], as bobinas metálicas

foram enviadas pelas usinas protegidos por óleo especificado conforme norma

GMB [36], esta quantidade foi confirmada em laboratório , seguindo a

especificação, de 300 mg/m³ a 1500 mg/m³ - óleo deve atender GMB [36].

115

4.1.7. DEFINIÇÃO DOS CORPOS DE PROVA

No intuito de garantir foco na junção, não criando diversas variáveis, definido os

CPs entre :

- mesmos materiais

- mesma espessura

- mesmo revestimento

Para as 03 junções de teste

ADESIVO – (A)

SOLDA A PONTO (SP)

ADESIVO + SOLDA A PONTO (A + SP)

116

4.2. ADESIVO ESTRUTURAL

Adotado como material base do trabalho, o Adesivo Estrutural

monocomponente, na forma de pasta, aplicado com bomba pneumática pelo

sistema automático com robô ou manual com espátula, tom avermelhado,

identificado na GMB pela numero 9309579 [37]. Utilizado principalmente nas

operações de flangeamento e quando se faz a necessidade a estruturação com

material adesivo.

4.2.1. CLASSE DO MATERIAL

Material adesivo à base de Resina Epóxi, monocomponente, na forma de pasta

4.2.2. TEMPERATURA DE CURA

Material desenvolvido para trabalhar na faixa de temperatura de cura, 180°C +/-

5° C durante 20 +/- 5 min. em estufa, não necessário a operação de pré-

aquecimento dos painéis antes da aplicação do adesivo como também eliminada

a operação de pré cura , logo após a aplicação do adesivo e flangeamento , ainda

na estação de sub-montagem. Este ganho não necessidade da operação de pré-

cura, garantiu maior produtividade das células de flageamento para os diversos

painéis móveis ( conjunto capo do motor, portas laterais e conjunto tampa do

porta mala).

4.2.3. ABSORÇÃO DO ÓLEO DE ESTAMPAGEM

O material possui a capacidade de absorver o óleo de estampagem e/ou de

proteção aplicado sobre as chapas / peças estampadas, garantindo suas

características de junção.

Material aplicado em chapas met. oleadas na condição de 3,0 g/m² +/- 0,3

conforme norma GMB [36].

117

4.2.4. CARACTERÍSTICAS DO ADESIVO

Densidade média, 1,2 +/- 0,05 kg/dm³

Tempo de armazenamento médio de 3 meses à temperatura de 23°C

Resistência à tração média de 20,0 MPa .

118

4.3. MÉTODLOGIA

A metodologia adotada foi a preparação dos Corpos de Prova (CPs), submetidos

a esforços de cisalhamento e despelamento, utilizando para o cisalhamento

(Shear Test) a norma ASTM D 1002 – 72 [38], e para o despelamento (Peel

Test) a norma ASTM D 1876 – 72,[39].

Foram considerados 03 processos de junção :

ADESIVO (A)

SOLDA A PONTO (SP)

ADESIVO + SOLDA A PONTO (A + SP)

4.3.1. NORMAS

CISALHAMENTO, seguindo norma D 1002 – 72 [38],

para (A), (SP) e (A + SP)

DESPELAMENTO, seguindo norma D 1876 – 72[39],

para (A), (SP) e (A + SP)

Números de CPs obtidos:

Cisalhamento – 270 cp. finais

(3 espessuras x 3 revestimentos x 3 modos de junção (A, SP, A + SP) x 10 cp. )

Despelamento – 270 cp. finais

(3 espessuras x 3 revestimentos x 3 modos de junção (A, SP, A + SP) x 10 cp. )

CPs preparados (total) = ajuste equipamento + ajuste diâmetro ponto + CP finais

= 684 cp.

119

Foi adotada como referência nos testes, a correlação da área de contato entre os

três diferentes processos de junção, já que a ênfase do trabalho está na

participação do adesivo e sua contribuição quando aplicado em conjunto com a

solda a ponto por resistência.

Definido o diâmetro máximo de 3,0 mm para o ponto de solda, em função do

carregamento máximo possível no equipamento de tração (5000 N), este

diâmetro está abaixo do padrão normal de produção (diâmetro médio de 4,5

mm), gerando uma complexidade adicional para mantê-lo, porém, com qualidade

de caldeamento entre as chapas, nas diferentes configurações. Foram

desenvolvidos 15 parâmetros de solda, atendendo as diferentes combinações de

espessura, revestimento com adesivo ou não, garantindo a qualidade do ponto de

solda, a fim de manter variação somente entre o processo de junção.

120

4.3.2. DEF. DA ÁREA DE JUNÇÃO NO TESTE DE CISALHAMENTO

Conforme norma ASTM D 1002 – 72 [38], Figura 46

Figura 46 – Teste de Cisalhamento, [38].

τtFtyw .=

(13)

onde :

w = comprimento de sobreposição entre chapas

t = menor espessura das chapa da junta

Fty = tensão de tração na chapa

τ = fator de segurança, 150 porcento da média da Tensão de cisalhamento do

adesivo

O estudo analisará a junção e suas relações, logo necessário garantir que na

tração o fusível seja a junta e não o CP, logo será mantido o fator de segurança.

121

4.3.2.1.Teste cisalhamento, junta adesivada

Largura do CP = 25,0 mm

Tensão de Tração chapa = 158 MPa (menor valor real )

Tensão de cisalhamento adesivo = 19 MPa (valor testado Colauto)

19.5,1esp.158

w = (14)

Analisando para as três espessuras de teste e variando o fator de segurança

chegamos ao comprimento de sobreposição (w) de 5,00 mm e área de 125 mm² ,

conforme mostrado na Tabela 15 :

Tabela 15 – Definição do comprimento de sobreposição (w) junta adesivada

1,2 1,4 1,5 1,5area

adesivada(mm²)

area adesivada

(mm²)

w constante5,0

Espessurachapa de aço (mm)

w = Sobreposição

calculado

w = Sobreposição arrendondado

largura do CP

25,0 mm

largura = 25,0 mm w = 5,00 mmADOTADO

fator segurança

calculado

0,8 5,54 4,75 4,44 4,50 112,50 125,00 1,3

0,9 6,24 5,35 4,99 5,00 125,00 125,00 1,5

1,0 6,93 5,94 5,54 5,50 137,50 125,00 1,7

Fatores de segurança

Junta adesivada

w = 5,0 mm


Fator segurança = acima de 1,3

122

4.3.2.2.Teste cisalhamento, junta soldada

No caso de junta soldada a ponto, foi assumido como critério do teste definir o

menor diâmetro de ponto de solda com qualidade, possível, em função de quando

for testado a junta A + SP, não ultrapassar a capacidade da máquina de tração.

Recorreu-se a uma Equação prática (15), de uso comum da indústria

automobilística .

.esp4d .min = (15)

Associado a este regra de diâmetro mínimo há também uma prática comum de se

manter uma área mínima ao redor do diâmetro mínimo do ponto para garantir

qualidade na solda. Detalhado na Figura 47,

Figura 47 – Definição de área mínima para ponto de solda, [16].

Analisando para as três espessuras de teste e mantendo o fator de segurança

médio de 1,3 , calculamos o w mínimo para solda ponto de 6,0 mm. Portanto

manteremos a largura do CP de 25,0 mm e sobreposição w de 10,0 mm

(adotado), detalhes Tabela 16.

123

Tabela 16 – Definição do comprimento de sobreposição (w) junta soldada

fator segurança

1,5

fator

segurançadiâmetro

mínimo ponto

solda (mm)

diâmetro mínimo

ponto real (mm)

diâmetro

mínimo 3,0

mm

w mínimo

(mm)

w real

(mm)

largura

CP

(mm)2,39 3,00 1,2 6,00 10,00 25,002,53 3,00 1,3 6,00 10,00 25,002,67 3,00 1,3 6,00 10,00 25,00

Junta Soldada

w = 10,0 mm



Diâmetro mínimo do ponto de solda = 3,0 mm

4.3.2.3.Teste cisalhamento, junta solda adesivada

No caso de junta solda-adesivada, foi mantida a mesma área da junta adesivada

porém com as características de afastamento mínimo do ponto para a junta

soldada, logo teremos w mínimo definido pela junta solda da de w mín. = 6,0

mm porém a área total deverá estar próxima de 125 mm². Para tal, foi necessário

usinar os CPs da junta solda Adesivada para largura de 21,0 mm (dimensão

possível para usinagem dos CPs) garantindo uma área de 126 mm². Respeitado o

fator de segurança adotado de 1,3. Detalhado na Tabela 17.

124

Tabela 17 – Definição da largura l do CP na junta solda adesivada

Espessurachapa de aço

(mm)

diâmetro

mínimo ponto

real (mm)

w =

sobreposição

mínima

area adesivada

(mm²)

L= largura real

CP (mm)

0,8 3,00 6,00 126 21,0

0,9 3,00 6,00 126 21,0

1,0 3,00 6,00 126 21,0

Junta Solda-adesivada

w = 6,0 mm



Diâmetro mínimo do ponto de solda = 3,0 mm

4.3.3. DEF. DA ÁREA DE JUNÇÃO NO TESTE DE DESPELAMENTO

A preparação dos CPs seguiu o procedimento indicado na norma Teste de

Despelamento D 1876 – 72, ASTM [39],

4.3.3.1.Teste despelamento, junta adesivada

Despelamento (Peel Test), ASTM [39], Figura 48

125

Figura 48 – Teste de Despelamento, [39].

4.3.3.2.Teste despelamento, junta soldada

No caso dos CPs (SP) e (A + SP), especificação da posição do ponto de solda

com a posição mínima da flange vertical do CP do despelamento tem como

referência a norma OPEL [40], o afastamento mínimo de 14,0 mm da face

vertical , conforme Figura 49

Figura 49 – Posicionamento da solda-ponto (SP) + (A + SP)

126

4.3.3.3.Teste despelamento, junta solda adesivada

Segue posicionamento do ponto de solda e aplicação do adesivo conforme juntas

anteriores.

4.3.4. EQUIPAMENTOS

4.3.4.1.Equipamento de solda a ponto por resistência

Utilizado equipamento de solda a ponto por resistência em máquinas eletrônicas

de uso da Engenharia Experimental, área de protótipos da GMB, onde são

produzidos os veículos protótipos dos novos produtos, que serão testados no

Campo de Provas de Cruz Alta (Indaiatuba - SP). Os pontos de solda são parte

fundamentais na construção da carroceria em especial dos novos produtos que

precisam ser validados, logo o controle dos parâmetros de solda são superiores

aos alcançados na produção.

Transformado e pinça utilizados são da marca DÜRING, conforme Figura 50 e

63.

127

Figura 50 – Detalhe dos comandos do transformador máquina de solda, [16].

Figura 51 – Braço de solda no formato de pinça, [16].

128

Tabela 18 – Parâmetros de controle da solda (Junta soldada), [16].

0,80 0,90 1,00 0,80 0,90 1,00 0,80 0,90 1,00

PRESSÃO SOLDA MPa 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9TEMPO PRÉ-PRESSÃO ms 400 400 400 400 400 400 400 400 400AMPERAGEM SOLDA A 7,6 7,6 7,6 6,2 6,2 6,2 5,8 5,8 5,8TEMPO DE SOLDA ms 200 200 60 140 140 160 83 83 90PULSO unidade 1 1 1 1 1 1 1 1 1TEMPO DE PÓS PRESSÃO ms 40 40 40 40 40 40 40 40 40DIÂMETRO BOTÃO mm 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00PROGRAMA de SOLDA 0 0 3 1 1 4 2 2 5IDENTIFICAÇÃO DA PINÇA E 13 X X X X X X X X X

PARÂMETRO - SOLDA PONTO

SEMREVESTIMENTO C.P.ESPESSURA governante

PARAMETROS - Unidade (SI)

BGA BZ

Tabela 19 – Parâmetros de controle da solda (Junta Solda Adesivada), [16].

0,80 0,90 1,00 0,80 0,90 1,00 0,80 0,90 1,00

PRESSÃO SOLDA MPa 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9TEMPO PRÉ-PRESSÃO ms 400 400 400 400 400 400 400 400 400AMPERAGEM SOLDA A 5,6 5,6 5,7 6,6 6,6 7,5 5,1 5,0 4,7TEMPO DE SOLDA ms 150 130 90 100 90 125 80 68 80PULSO unidade 1 1 1 1 1 1 1 1 1TEMPO DE PÓS PRESSÃO ms 40 40 40 40 40 40 40 40 40DIÂMETRO BOTÃO mm 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00PROGRAMA de SOLDA 6 7 8 9 10 11 12 13 14IDENTIFICAÇÃO DA PINÇA E 13 X X X X X X X X X

REVESTIMENTO C.P.PARÂMETRO - SOLDA PONTO + ADESIVO

BGA BZ SEMESPESSURAS

PARAMETROS - Unidade (SI)

Obs.: Os pontos de solda deverão ser aplicados ANTES da cura do adesivo,

ainda em estado pastoso, para garantir o fluxo da corrente elétrica.

129

4.3.4.2.Equipamento para aplicação adesivo

O adesivo Epoxi monocomponete é aplicado manualmente com o auxilio de

espátula e para garantir espaçamento de 0,03 mm de espessura do filme adesivo,

é aplicado nas extremidades fita crepe adesivada, sobreposta até alcançar esta

espessura. A fita não afeta nos resultados já que na temperatura da estufa perde a

capacidade de grudência, conforme Figura 52 :

Figura 52 – CP cisalhamento preparados para cura do adesivo, [50].

4.3.4.3.Estufas de cura do adesivo

Adesivo curado em estufa elétrica com temperatura controlada 180 °C +/- 5 °C,

marca QUIMIS, temperatura máxima de 400 °C e controle de graduação de 0,1

°C, operando a 440V.

130

Figura 53 - Estufa de cura do adesivo epóxi, [50].

4.3.4.4.Equipamento de tração

Equipamento de tração da marca FANTEC, elétrico 440 V, capacidade de 5000

N de força de tração, com velocidade máxima de 500 mm / min. A velocidade foi

ajustada conforme norma de referência (30,0 +/- 3 mm/min)[38] .

Figura 54 - Equipamento de tração e detalhe visor indicativo força, [50].

131

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Foram obtidos dos testes de Cisalhamento e Despelamento, a força necessária

para o rompimento dos corpos conforme normas de referência

5.1. CISALHAMENTO

5.1.1. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA ADESIVADA

Tabela 20 – Tensões teste cisalhamento – junta adesivada

TENSÃO Mpa (N/mm²)CISALHAMENTOPROCESSO JUNÇÃO ADESIVOÁREA RESISTENTE 125,00 mm²

ÁREA ADESIVADA 125,00 mm²

LARGURA CP 25,00 mm

COMPRIMENTO EFETIVO 3,00 mm

SOBREPOSIÇÃO (w) 6,00 mm

ESPESSURA REVESTIMENTOCorpo Prova 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BGA CP1 19,69 18,00 21,87 20,76 18,10 18,80 18,86 18,88 18,14 20,49BZ CP2 21,01 19,66 22,10 20,86 19,25 21,16 20,16 20,16 16,76 17,36

sem revest. CP3 23,56 17,97 23,42 20,26 21,27 25,64 15,66 21,55 22,26 20,00


BGA CP4 20,16 16,42 14,91 18,36 14,91 17,36 16,58 16,15 17,48 17,94BZ CP5 24,73 27,70 23,85 27,37 28,54 32,06 23,04 26,44 24,06 28,71

sem revest. CP6 22,38 18,39 22,34 24,73 14,70 17,40 19,26 22,00 22,48 21,10


BGA CP7 17,71 12,98 18,95 19,17 17,42 16,17 17,94 19,01 17,33 17,60BZ CP8 21,37 23,48 22,66 22,89 21,41 21,87 21,54 20,63 24,37 21,14

sem revest. CP9 27,68 23,26 22,91 21,37 21,28 24,20 28,58 18,53 25,00 20,72

0,80 mm

0,90 mm

1,00 mm

132

5.1.2. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA SOLDADA

Tabela 21 – Tensões teste cisalhamento – junta solda a ponta TENSÃO Mpa (N/mm²)CISALHAMENTOPROCESSO JUNÇÃO SOLDA PONTOÁREA RESISTENTE 7,07 mm²DIÂMETRO MÉDIO PONTO 3,00 mmÁREA DO PONTO 7,07 mm²


BGA CP1 515,66 540,99 525,28 580,17 599,70 594,32 523,44 588,94 535,61 605,50BZ CP2 385,37 401,92 332,32 318,17 322,98 353,11 341,23 300,34 279,55 390,18

sem revest. CP3 515,24 515,94 523,02 512,55 511,28 516,37 505,48 511,28 506,89 512,97


BGA CP4 530,52 573,24 572,67 641,57 567,02 642,84 578,62 659,26 661,38 544,10BZ CP5 614,69 636,62 632,66 637,33 636,90 645,67 620,78 550,75 633,22 647,51

sem revest. CP6 549,19 557,40 570,27 573,38 559,24 567,72 566,03 540,99 565,74 564,75


BGA CP7 705,23 639,02 627,99 627,85 617,52 598,99 652,04 626,72 653,74 625,16BZ CP8 462,47 447,61 405,74 397,96 428,94 422,35 415,50 411,40 402,34 429,22

sem revest. CP9 637,47 646,81 636,90 634,21 643,41 647,80 640,44 644,26 642,99 643,13

0,80 mm

0,90 mm

1,00 mm

5.1.3. RESULTADO CISALHAMENTO JUNTA SOLDA ADESIVADA

Tabela 22 – Tensões teste cisalhamento – junta soldada + adesivo

TENSÃO Mpa (N/mm²)CISALHAMENTOPROCESSO JUNÇÃO SOLDA PONTO + ADESIVOÁREA RESISTENTE 126,00 mm²DIÂMETRO MÉDIO PONTO 3,00 mmÁREA DO PONTO 7,07 mm²ÁREA ADESIVADA 118,93 mm²LARGURA do CP 21,00 mmSOBREPOSIÇÃO (w) 6,00 mm


BGA CP1 25,56 26,14 26,02 25,20 26,32 25,77 26,81 26,06 26,29 25,93BZ CP2 25,48 26,24 26,48 26,41 26,17 26,17 26,32 26,94 26,02 26,67

sem revest. CP3 26,33 26,45 25,81 26,11 26,04 26,45 25,55 26,15 26,20 25,98


BGA CP4 29,52 29,14 28,93 30,10 29,55 33,87 29,00 23,08 36,68 27,77BZ CP5 35,53 33,62 34,93 36,14 34,06 33,09 34,91 32,97 34,98 35,51

sem revest. CP6 27,55 27,78 27,79 27,75 27,68 28,11 27,85 28,44 28,22 27,86


BGA CP7 26,46 29,405 24,008 29,492 28,468 30,508 26,421 26,254 22,587 27,722BZ CP8 36,635 36,254 35,921 36,19 34,087 35,762 35,683 35,786 35,722 35,405

sem revest. CP9 31,754 30,643 30,373 30,73 29,762 30,325 28,825 29,095 30,444 30,056

0,80 mm

0,90 mm

1,00 mm

133

5.2. DESPELAMENTO

5.2.1. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA ADESIVADA

Tabela 23 – Tensões teste despelamento – junta adesivada

TENSÃO Mpa (N/mm²)DESPELAMENTOPROCESSO JUNÇÃO ADESIVOÁREA RESISTENTE 75,00 mm²


LARGURA CP 25,00 mmCOMPRIMENTO EFETIVO 3,00 mm


BGA CP1 1,79 2,11 1,15 2,16 1,88 1,92 2,15 1,97 2,44 1,80BZ CP2 1,89 2,27 2,16 2,15 2,16 1,27 2,03 2,11 1,67 1,93

sem revest. CP3 2,17 1,96 1,92 1,79 2,44 1,73 2,19 2,77 1,51 1,31


BGA CP4 1,95 1,36 1,65 1,71 2,01 2,05 1,73 1,59 2,17 1,40BZ CP5 1,96 2,27 2,03 2,04 1,85 2,53 2,19 2,19 2,60 1,88

sem revest. CP6 2,12 2,91 2,76 2,27 2,21 2,99 1,67 2,17 2,71 2,31


BGA CP7 2,25 2,09 2,76 4,47 3,19 4,09 3,43 3,76 4,11 2,91BZ CP8 4,36 3,84 3,85 3,56 6,00 4,16 3,55 4,60 3,55 4,13

sem revest. CP9 3,12 3,69 3,73 3,84 2,81 3,77 3,05 2,40 3,76 1,68

0,80 mm

0,90 mm

1,00 mm

134

5.2.2. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA SOLDADA

Tabela 24 – Tensões teste despelamento – junta soldada

TENSÃO Mpa (N/mm²)DESPELAMENTOPROCESSO JUNÇÃO SOLDA PONTOÁREA RESISTENTE 7,07 mm²DIÂMETRO MÉDIO PONTO 3,00 mmÁREA DO PONTO 7,07 mm²


BGA CP1 111,05 111,90 170,47 122,37 107,66 122,09 113,04 143,45 120,39 118,98BZ CP2 54,04 67,34 6,79 69,18 51,07 68,90 5,66 25,89 55,17 27,02

sem revest. CP3 170,19 159,15 149,53 157,17 154,34 130,01 199,76 144,02 169,34 188,72


BGA CP4 138,92 137,37 124,35 126,33 131,00 135,25 126,48 161,28 129,30 131,00BZ CP5 122,80 118,41 126,33 130,01 126,48 115,86 124,49 128,46 164,96 80,21

sem revest. CP6 186,74 118,41 171,75 144,02 142,60 179,10 133,97 162,41 141,19 141,75


BGA CP7 162,41 152,93 184,20 154,20 160,43 157,17 162,41 165,24 127,75 169,34BZ CP8 121,52 149,53 169,06 112,61 101,01 90,12 106,10 102,57 140,91 116,01

sem revest. CP9 156,04 154,34 141,19 149,82 148,97 145,86 149,68 152,65 151,09 163,68

0,80 mm

0,90 mm

1,00 mm

135

5.2.3. RESULTADO DESPELAMENTO JUNTA SOLDA ADESIVADA

Tabela 25 – Tensões teste despelamento – junta soldada + adesivo

TENSÃO Mpa (N/mm²)DESPELAMENTOPROCESSO JUNÇÃO SOLDA PONTO + ADESIVOFASE 1 - ADESIVOÁREA RESISTENTE 75,00 mm²


LARGURA CP 25,00 mm

COMPRIMENTO EFETIVO 3,00 mm1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ESPESSURA REVESTIMENTOCorpo Prova A A A A A A A A A A

0,80 mm BGA CP1 2,90 2,49 3,02 2,18 2,11 2,65 3,33 3,11 2,25 2,23BZ CP2 2,61 2,88 2,34 2,25 2,32 2,50 2,23 3,40 2,49 2,81

sem revest. CP3 2,31 2,15 3,22 2,70 2,15 2,59 3,00 2,41 2,68 2,23


0,90 mm BGA CP4 3,13 2,90 2,99 2,81 3,04 3,11 3,00 3,09 2,79 3,16BZ CP5 2,90 4,59 3,00 3,56 4,36 4,31 3,43 3,72 3,02 3,93

sem revest. CP6 2,68 3,13 2,99 2,57 3,16 3,33 3,68 3,56 3,38 2,81


1,00 mm BGA CP7 3,86 3,20 3,24 3,75 2,63 2,68 2,88 3,75 2,82 3,18BZ CP8 2,93 3,22 3,36 3,41 3,75 3,50 2,00 2,32 3,41 3,09

sem revest. CP9 2,68 4,13 4,38 4,72 3,68 4,11 3,93 3,77 3,59 3,08

FASE 2 - SOLDA A PONTOÁREA RESISTENTE 7,07 mm²DIÂMETRO MÉDIO PONTO 3 mmÁREA DO PONTO 7,07 mm²

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ESPESSURA REVESTIMENTOCorpo Prova SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP

0,80 mm BGA CP1 117,28 120,82 107,52 110,35 110,77 106,67 111,62 132,56 134,11 109,64BZ CP2 99,45 102,00 110,06 111,62 58,99 86,58 126,05 104,55 108,51 90,82

sem revest. CP3 139,49 160,71 143,88 138,78 125,63 147,98 132,42 137,79 155,90 120,39


0,90 mm BGA CP4 127,75 147,84 139,49 114,45 139,63 120,11 136,52 129,87 114,59 118,41BZ CP5 168,49 174,86 134,82 241,21 134,82 150,38 132,56 146,00 146,28 233,57

sem revest. CP6 144,72 142,60 149,39 150,10 135,67 147,27 151,09 134,96 146,42 140,91


1,00 mm BGA CP7 127,61 115,44 106,10 118,41 132,56 119,12 112,75 126,76 118,41 118,84BZ CP8 217,16 198,77 165,10 158,73 184,05 184,48 170,90 197,92 151,37 152,22

sem revest. CP9 158,02 152,79 170,05 146,42 180,09 152,22 170,05 159,01 165,24 152,51

136

5.3. DISCUSSÃO

A fim de analisar a interdependências entre as variáveis :

• Acabamento superficial da chapa – revestimento

• Espessura da chapa aplicada

• Processo de junção

Será utilizada a técnica estatística da Análise da Variância [51]

A Análise da Variância, é um método suficientemente poderoso para poder

identificar diferenças entre as médias populacionais devidas a várias causas

atuando simultaneamente sobre os elementos da população.

Através da comparação do F calculado com o F [51], poderemos concluir a

interdependência entre as variáveis .

Segue gráficos que identificam a média, número máximo e número mínimo e a

respectiva Analise de Variância organizado na forma :

1. Tipo de teste (cisalhamento e despelamento)

2. Processo de junção (por adesivo, solda a ponto e solda adesivada)

3. Definida uma variável e os efeitos quando se alterna a outra

revestimento e espessura)

Analisado em todas as combinações e foram classificadas em com efeito

(F calculado > F ) e sem efeito quando contrário

137

Tabela 26 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 0,8 mm Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

ADESIVO ESPESSURA 0,80 mm REVESTIMENTO BGA BZ sem revest.

Fonte de Variação

Soma dos quadrados

Graus de Liberdade Quadrado médio F Fa Significância

Entre Amostras 17,34 2 8,670 2,02 5,49 0,01Residual 115,83 27 4,290 3,35 0,05

Total 133,17 29 2,51 0,10 Tabela 27 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 0,9 mm

Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTOADESIVO ESPESSURA 0,90 mm REVESTIMENTO BGA BZ sem revest.

Fonte de Variação

Soma dos quadrados



Total 648,98 29 2,51 0,10

Tabela 28 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, espessura 1,0 mm Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

ADESIVO ESPESSURA 1,00 mm REVESTIMENTO BGA BZ sem revest.

Fonte de Variação

Soma dos quadrados



Total 326,03 29 2,51 0,10

Cisalhamento - Junção por Adesivomesma espessura, variando revestimento

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

REVESTIMENTO (MESMA ESPESSURA)

TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 21,87 22,10 25,64 20,16 32,06 24,73 19,17 24,37 28,58

média 19,36 19,85 21,16 17,03 26,65 20,48 17,43 22,14 23,35

mínimo 18,00 16,76 15,66 14,91 23,04 14,70 12,98 20,63 18,53

BGA0,80 mm

BZ0,80 mm

sem revest.0,80 mm

BGA0,90 mm

BZ0,90 mm

sem revest.0,90 mm

BGA1,00 mm

BZ1,00 mm

sem revest.1,00 mm

Figura 55 – Gráfico , cisalhamento, adesivo, mesma espessura

138

Tabela 29 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, revestimento BGA

Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTOADESIVO REVESTIMENTO BGA ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm

Fonte de Variação

Soma dos quadrados

Graus de Liberdade

Quadrado médio F Fa Significância


Total 99,12 29 2,51 0,10

Tabela 30 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, revestimento BZ

Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTOADESIVO REVESTIMENTO BZ ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm

Fonte de Variação

Soma dos quadrados

Graus de Liberdade



Total 115,86 29 2,51 0,10

Tabela 31 – Análise Variância, Cisalhamento, Adesivo, sem revestimento

Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTOADESIVO REVESTIMENTO s/ revest. ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm

Fonte de Variação

Soma dos quadrados

Graus de Liberdade



Total 288,77 29 2,51 0,10

Cisalhamento - Junção por Adesivomesmo revestimento, variando espessura

10

15

20

25

30

35

ESPESSURA (MESMO REVESTIMENTO)

TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 22 20 19 22 32 24 26 25 29

média 19 17 17 20 27 22 21 20 23

mínimo 18 15 13 17 23 21 16 15 19

0,8 mmBGA

0,9 mmBGA

1,0 mmBGA

0,8 mmBZ

0,9 mmBZ

1,0 mmBZ

0,8 mmS/ REVEST.

0,9 mmS/ REVEST.

1,0 mmS/ REVEST.

Figura 56 – Gráfico , cisalhamento, adesivo, mesma revestimento

139

Tabela 32 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, espessura 0,8 mm

Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

SOLDA PONTO ESPESSURA 0,80 mm REVESTIMENTO BGA BZ SEM REVEST.

Fonte de Variação Soma dos quadrados



Total 290016,11 29 2,51 0,10

Tabela 33 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, espessura 0,9 mm Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

SOLDA PONTO ESPESSURA 0,90 mm REVESTIMENTO BGA BZ SEM REVEST.




Total 112955,36 29 2,51 0,10

Tabela 34 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, espessura 1,0 mm Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

SOLDA PONTO espessura de 1,00 mm revestimentos BGA BZ SEM REVEST.




Total 326035,39 29 2,51 0,10

Cisalhamento - Junção por Solda Pontomesma espessura, variando revestimento

270

370

470

570

670


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 605 402 523 661 648 573 705 462 648

média 561 343 513 597 626 561 637 422 642

mínimo 516 280 505 531 551 541 599 398 634

BGA0,80 mm

BZ0,80 mm

sem revest.0,80 mm

BGA0,90 mm

BZ0,90 mm

sem revest.0,90 mm

BGA1,00 mm

BZ1,00 mm

sem revest.1,00 mm

Figura 57 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto, mesma espessura

140

Tabela 35 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, revestimento BGA Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

SOLDA PONTO REVESTIMENTO BGA ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm


Graus de Liberdade



Total 69906,02 29 2,51 0,10

Tabela 36 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, revestimento BZ Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

SOLDA PONTO REVESTIMENTO BZ ESPESSURAS 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm


Graus de Liberdade



Total 218385,49 29 2,51 0,10

Tabela 37 – Análise Variância, Cisalhamento, solda ponto, sem revestimento Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

SOLDA PONTO REVESTIMENTO S/ REVEST. ESPESSURAS 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm


Graus de Liberdade



Total 85737,49 29 2,51 0,10

Cisalhamento - Junção por Solda Pontomesmo revestimento, variando espessura

250

350

450

550

650

750


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 605 661 705 402 648 462 523 573 648

média 561 597 637 343 626 422 513 561 642

mínimo 516 531 599 280 551 398 505 541 634

0,80 mmBGA

0,90 mmBGA

1,00 mmBGA

0,80 mmBZ

0,90 mmBZ

1,00 mmBZ

0,80 mmS/ REVEST.

0,90 mmS/ REVEST.

1,00 mmS/ REVEST.

Figura 58 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto, mesmo revestimento

141

Tabela 38 – Análise Variância, Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 0,8 mm

Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTOADESIVO + SOLDA PONTO ESPESSURA 0,80 mm REVESTIMENTO BGA BZ SEM REVEST.




Total 4,27 29 2,51 0,10 Tabela 39p – Análise Variância, Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 0,9 mm


ADESIVO + SOLDA PONTO ESPESSURA 0,90 mm REVESTIMENTO BGA BZ SEM REVEST.




Total 363,60 29 2,51 0,10

Tabela 40 – Análise Variância, Cisalham., solda ponto + adesivo, esp. 1,0 mm Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

ADESIVO + SOLDA PONTO ESPESSURA 1,00 mm REVESTIMENTO BGA BZ BARE




Total 447,92 29 2,51 0,10

Cisalhamento - Junção por Solda Ponto + Adesivomesma espessura, variando revestimento

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 26,81 26,94 26,45 36,68 36,14 28,44 30,51 36,63 31,75média 26,01 26,29 26,11 29,76 34,57 27,90 27,13 35,74 30,20

mínimo 25,20 25,48 25,55 23,08 32,97 27,55 22,59 34,09 28,83

BGA0,80 mm

BZ0,80 mm

sem revest.0,80 mm

BGA0,90 mm

BZ0,90 mm

sem revest.0,90 mm

BGA1,00 mm

BZ1,00 mm

sem revest.1,00 mm

Figura 59 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto + adesivo, mesma espessura

142

Tabela 41 – Análise Variância, Cisalh., solda ponto + adesivo, revest BGA


ADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO BGA ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm


Graus de Liberdade



Total 247,65 29 2,51 0,10

Tabela 42 – Análise Variância, Cisalh., solda ponto + adesivo, revest BZ

Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTOADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO BZ ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm


Graus de Liberdade



Total 547,46 29 2,51 0,10

Tabela 43 – Análise Variância, Cisalh., solda ponto + adesivo, sem revest. Quadro da Análise de Variância CISALHAMENTO

ADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO S/ REVEST. ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm


Graus de Liberdade



Total 91,92 29 2,51 0,10

Cisalhamento - Junção por Solda Ponto + Adesivomesmo revestimento, variando espessura

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 26,81 36,68 30,51 26,94 36,14 36,63 26,45 28,44 31,75média 26,01 29,76 27,13 26,29 34,57 35,74 26,11 27,90 30,20mínimo 25,20 23,08 22,59 25,48 32,97 34,09 25,55 27,55 28,83

0,8 mmBGA

0,9 mmBGA

1,0 mmBGA

0,8 mmBZ

0,9 mmBZ

1,0 mmBZ

0,8 mmS/ REVEST.

0,9 mmS/ REVEST.

1,0 mmS/ REVEST.

Figura 60 – Gráfico , cisalhamento, solda ponto + adesivo, mesmo revestimento

143

Tabela 44 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, espessura 0,8 mm

Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

ADESIVO ESPESSURA 0,80 mm REVESTIMENTO BGA BZ S/ REVEST.




Total 3,56 29 2,51 0,10


Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOADESIVO ESPESSURA 0,90 mm REVESTIMENTO BGA BZ S/ REVEST.




Total 5,11 29 2,51 0,10


Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOADESIVO ESPESSURA 1,00 mm REVESTIMENTO BGA BZ S/ REVEST.




Total 21,15 29 2,51 0,10

Despelamento - Junção por Adesivomesma espessura, variando revestimento

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 2,44 2,27 2,77 2,17 2,60 2,99 4,47 6,00 3,84

média 1,94 1,96 1,98 1,76 2,15 2,41 3,31 4,16 3,19mínimo 1,15 1,27 1,31 1,36 1,85 1,67 2,09 3,55 1,68

BGA0,80 mm

BZ0,80 mm

sem revest.0,80 mm

BGA0,90 mm

BZ0,90 mm

sem revest.0,90 mm

BGA1,00 mm

BZ1,00 mm

sem revest.1,00 mm

Figura 61 – Gráfico, despelamento, adesivo, mesma espessura

144

Tabela 47 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, revest. BGA Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

ADESIVO REVESTIMENTO BGA ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm

Fonte de Variação

Soma dos quadrados

Graus de Liberdade



Total 21,90 29 2,51 0,10

Tabela 48 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, revest. BZ Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

ADESIVO REVESTIMENTO BZ ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm

Fonte de Variação

Soma dos quadrados

Graus de Liberdade



Total 35,96 29 2,51 0,10

Tabela 49 – Análise Variância, Despelamento, adesivo, sem revest. Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

ADESIVO REVESTIMENTO S/ REVEST. ESPESSURA 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm

Fonte de Variação

Soma dos quadrados

Graus de Liberdade



Total 15,45 29 2,51 0,10

Despelamento - Junção por Adesivomesmo revestimento, variando espessura

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 2,44 2,17 4,47 2,27 2,60 6,00 2,77 2,99 3,84

média 1,94 1,76 3,31 1,96 2,15 4,16 1,98 2,41 3,19mínimo 1,15 1,36 2,09 1,27 1,85 3,55 1,31 1,67 1,68

0,8 mmBGA

0,9 mmBGA

1,0 mmBGA

0,8 mmBZ

0,9 mmBZ

1,0 mmBZ

0,8 mmS/ REVEST.

0,9 mmS/ REVEST.

1,0 mmS/ REVEST.

Figura 62 – Gráfico, despelamento, adesivo, mesmo revestimento

145

Tabela 50 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , esp. 0,8 mm

Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOSOLDA PONTO ESPESSURA 0,80 mm REVESTIMENTO BGA BZ sem revest.




Total 86693,67 29 2,51 0,10

Tabela 51 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , esp. 0,9 mm Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

SOLDA PONTO ESPESSURA 0,90 mm REVESTIMENTO BGA BZ sem revest.




Total 13077,52 29 2,51 0,10

Tabela 52 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , esp. 1,0 mm Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

SOLDA PONTO ESPESSURA 1,00 mm REVESTIMENTO BGA BZ sem revest.




Total 15991,22 29 2,51 0,10

Despelamento - Junção por Solda Pontomesma espessura, variando revestimento

0

50

100

150

200

250


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 170 69 200 161 165 187 184 169 164média 124 43 162 134 124 152 160 121 151

mínimo 108 6 130 124 80 118 128 90 141

BGA0,80 mm

BZ0,80 mm

sem revest.0,80 mm

BGA0,90 mm

BZ0,90 mm

sem revest.0,90 mm

BGA1,00 mm

BZ1,00 mm

sem revest.1,00 mm

Figura 63 – Gráfico, despelamento, solda ponto, mesma espessura

146

Tabela 53 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , revest. BGA

Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOSOLDA PONTO REVESTIMENTO BGA ESPESSURAS 0,80 mm 0,90 mm 1,00 mm




Total 12844,57 29 2,51 0,10

Tabela 54 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , revest. BZ

Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOSOLDA PONTO REVESTIMENTO BZ ESPESSURAS 0,80 mm 0,90 mm 1,00 mm




Total 56757,02 29 2,51 0,10

Tabela 55 – Análise Variância, Despelamento, solda ponto , sem revest.

Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOSOLDA PONTO REVESTIMENTO sem revest. ESPESSURAS 0,80 mm 0,90 mm 1,00 mm




Total 9181,03 29 2,51 0,10

Despelamento - Junção por Solda Pontomesmo revestimento, variando espessura

0

50

100

150

200


TEN

SÃO

(MPa

máximo 170 161 184 69 165 169 200 187 164

média 124 134 160 43 124 121 162 152 151mínimo 108 124 128 6 80 90 130 118 141

0,80 mmBGA

0,80 mmBGA

0,80 mmBGA

0,90 mmBZ

0,90 mmBZ

0,90 mmBZ

1,00 mmsem revest.

1,00 mmsem revest.

1,00 mmsem revest.

Figura 64 – Gráfico, despelamento, solda ponto, mesmo revestimento

147

Tabela 56 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , esp. 0,8 mm – parc. Ades.

.

Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOADESIVO + SOLDA PONTO ESPESSURA 0,80 mm REVESTIMENTO BGA BZ SEM REVEST.

PARCELA ADESIVO

Fonte de Variação Soma dos quadrados Graus de Liberdade Quadrado médio F Fa Significância


Total 3,42 29 2,51 0,10



PARCELA ADESIVO



Total 9,98 29 2,51 0,10



PARCELA ADESIVO



Total 9,76 29 2,51 0,10

Despelamento - Junção por Solda Ponto + Adesivo (parcela ADESIVO)mesma espessura, variando revestimento

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 3,33 3,40 3,22 3,16 4,59 3,68 3,86 3,75 4,72

média 2,63 2,58 2,54 3,00 3,68 3,13 3,20 3,10 3,81

mínimo 2,11 2,23 2,15 2,79 2,90 2,57 2,63 2,00 2,68

BGA0,80 mm

BZ0,80 mm

BARE0,80 mm

BGA0,90 mm

BZ0,90 mm

BARE0,90 mm

BGA1,00 mm

BZ1,00 mm

BARE1,00 mm

Figura 65 – Gráf., desp., solda pto + adesivo, parcela adesivo, mesma espessura

148

Tabela 59 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , ver. BGA – parc. Ades.

Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO BGA ESPESSURAS 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm

PARCELA ADESIVO



Total 5,48 29 2,51 0,10

Tabela 60 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , ver. BZ – parc. Ades.

Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTOADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO BZ ESPESSURAS 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mm

PARCELA ADESIVO



Total 13,28 29 2,51 0,10

Tabela 61 – Analis. Var., Desp., ades.+ solda pto , s / reves. – parc. Ades. Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

ADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO S/ REVEST. ESPESSURAS 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mmPARCELA ADESIVO



Total 13,84 29 2,51 0,10 Despelamento - Junção por Solda Ponto + Adesivo (parcela ADESIVO)

mesmo revestimento, variando espessura

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 3,33 3,16 3,86 3,40 4,59 3,75 3,22 3,68 4,72

média 2,63 3,00 3,20 2,58 3,68 3,10 2,54 3,13 3,81

mínimo 2,11 2,79 2,63 2,23 2,90 2,00 2,15 2,57 2,68

0,8 mmBGA

0,9 mmBGA

1,0 mmBGA

0,8 mmBZ

0,9 mmBZ

1,0 mmBZ

0,8 mmS/ REVEST.

0,9 mmS/ REVEST.

1,0 mmS/ REVEST.

Figura 66 – Gráf., despel., solda pto + adesiv., parc. adesivo, mesmo revest.

149

Tabela 62 – Ana.. Var., Despel., ades.+solda pto , revest BGA. – parc. solda pto Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

ADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO BGA ESPESSURAS 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mmPARCELA SOLDA PONTO



Total 3551,89 29 2,51 0,10 Tabela 63 – Ana.. Var., Despel., ades.+solda pto , revest BZ. – parc. solda pto Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

ADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO BZ ESPESSURAS 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mmPARCELA SOLDA PONTO



Total 57321,00 29 2,51 0,10 Tabela 64 – Ana.. Var., Despel., ades.+solda pto , s/ revest – parc. solda pto Quadro da Análise de Variância DESPELAMENTO

ADESIVO + SOLDA PONTO REVESTIMENTO S/ REVEST. ESPESSURAS 0,8 mm 0,9 mm 1,0 mmPARCELA SOLDA PONTO



Total 5279,52 29 2,51 0,10

Despelamento - Junção por Solda Ponto + Adesivo (parcela SOLDA PONTO)mesmo revestimento, variando espessura

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00


TEN

SÃO

(MPa

)

máximo 134,11 147,84 132,56 126,05 241,21 217,16 160,71 151,09 180,09

média 116,13 128,87 119,60 99,86 166,30 178,07 140,30 144,31 160,64

mínimo 106,67 114,45 106,10 58,99 132,56 151,37 120,39 134,96 146,42

0,8 mmBGA

0,9 mmBGA

1,0 mmBGA

0,8 mmBZ

0,9 mmBZ

1,0 mmBZ

0,8 mmS/ REVEST.

0,9 mmS/ REVEST.

1,0 mmS/ REVEST.

Figura 67 – Gráf., despel., solda pto + adesivo, parc. solda pto , mesmo revest.

150

6. CONCLUSÕES

Tendo em vista os materiais e ensaios realizados, a primeira conclusão nas

diferentes combinações se refere a geometria dos CP e sua influência na rigidez,

no momento exato do carregamento de cisalhamento, que na menor espessura

está mais suscetível a interferência de outras formas e não somente do

cisalhamento puro em função da espessura que não oferece resistência a este giro

conforme já discutido e mostrado na Figura 22. No momento do giro outras

formas influenciam para o menor valor de Tensão final.

Pudemos notar, na análise do Teste de Cisalhamento com o adesivo, que fixando

a espessura de 0,8 mm e variando o revestimento, os valores das médias

encontradas mesmo diferentes numericamente são correlacionados logo

indiferente a variação do revestimento o resultado será o mesmo.

Analisando o revestimento BGA, se mostra o de pior resultado nas espessuras de

0,9 e 1,0 mm e esta tendência se confirmará em outros processos de junção e nos

dois tipos de testes.

O revestimento BZ, por sua vez, mostra melhores resultados que quando

comparados aos outros e no todo se confirma este resultado positivo.

Foi identificado pelos resultados numéricos a influência da camada de óxido

formada logo acima do revestimento final. No caso do BZ, o processo de imersão

no zinco permite uma camada definida do revestimento e sobre este o óxido de

zinco que possui a característica de boa aderência ao revestimento. O adesivo

agindo sobre esta camada permite resultado satisfatório da transferência de

carregamento. No caso da chapa nua (sem revestimento) o óxido de ferro que se

forma não oferece a mesma taxa de transferência de carregamentos em função da

característica de desplacamento deste óxido e os resultados numéricos

apresentam a evidência de uma característica heterogênea da superfície de

contato, superfície que será adesivada. Esta heterogeneidade se apresentam na

151

forma de resultados não constantes quando é utilizado o adesivo como elemento

de junção. Por último no caso do BGA, temos a formação do óxido de zinco

associado ao óxido de alumínio, este associação não garante boa ancoragem ao

adesivo aplicado sobre a superfície.

No teste de despelamento ficou claro a importância da geometria e sua influência

na rigidez onde o CP com espessura de 0,8 mm não é afetado pelo revestimento e

possui os menores valores em comparação aos outros.

152

Sugestão para Trabalhos futuros Durante a preparação do trabalho, em função das dúvidas que surgiram quanto a

influência ou não de determinado efeito, foram identificadas algumas

possibilidades interessantes de trabalhos a serem desenvolvidos no campo da

aplicação do adesivo como elemento de junção e sua associação a solda a ponto.

A influência na qualidade do ponto de solda quando aplicado o adesivo como

também a formulação mais indicada do adesivo que permita a passagem

adequada das corrente porém sem estimular a corrosão ou tornar-se quebradiço.

A relação da aplicação do adesivo no resultado de corrosão acelerada, no inicio

do trabalho foi até previsto a preparação corpos de prova e a submissão aos testes

de corrosão acelerada porém o prazo disponível não seria suficiente para finalizar

a análise. Com o atual desenvolvimento das analises virtuais de esforços e

durabilidade, o conhecimento detalhado da real participação do adesivo

estrutural na formação da carroceria, especificamente no que diz respeito a fadiga

(durabilidade das estruturas) seria de grande utilidade.

153

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[33] http://www.graco.com/Internet/T_PDB.nsf/SearchView/Check-Mate1000

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[34] http://www.graco.com/Internet/T_PDB.nsf/SearchView/Ultra-

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[38] “Standard Test Method for Strength Properties of Adhesives in Shear by

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[41] Nota fiscal CP1, esp. 0,80 mm – revest. BGA, CSN – Galvasud

[42] Nota fiscal CP2, esp. 0,80 mm – revest. BZ - VEGA do SUL

http://www.twi.co.uk/j32k/protected/band_3

http://www.graco.com/Internet/T_PDB.nsf/SearchView/Check-Mate1000

http://www.graco.com/Internet/T_PDB.nsf/SearchView/Ultra-lite4000and4000SD

http://www.graco.com/Internet/T_PDB.nsf/SearchView/Ultra-lite4000and4000SD

156

[43] Nota fiscal CP3, esp. 0,80 mm – sem revest. - USIMINAS

[44] Nota fiscal CP4, esp. 0,90 mm – revest. BGA - VEGA do SUL

[45] Nota fiscal CP5, esp. 0,90 mm – revest. BZ - CSN – GALVASUD

[46] Nota fiscal CP6, esp. 0,90 mm – sem revest. - CSN

[47] Nota fiscal CP7, esp. 1,00 mm – revest. – BGA - VEGA do SUL

[48] Nota fiscal CP8, esp. 1,00 mm – revest. – BZ - CSN – GALVASUD

[49] Nota fiscal CP9, esp. 1,00 mm – sem revest. – USIMINAS

[50] Colauto Adesivos e Massas , Julho 2005, SP, BR.

[51] Costa Neto, Pedro Luís de Oliveira, 1939- Estatística, São Paulo, Edgard

Blucher, 1977.

contribuiÇÃo ao desenvolvimento de projeto de … · ponto e pelo conjunto dos dois sistemas de...

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