A estrutura foi fabricada por construção soldada tendo sido utilizado um gabari que foi especificamente projetado para o efeito, com o objetivo de diminuir significativamente o tempo de fabrico bem como aumentar a qualidade dimensional e geométrica da estrutura, face ao fabrico da estrutura original. Os meios utilizados no fabrico da estrutura original eram menos precisos, sendo mais difícil de evitar ligeiros empenos da estrutura durante a soldadura.
3.2.3.1. Fabrico de Gabari de Soldadura
Para o fabrico da estrutura foi desenvolvido um gabari constituído por uma placa de aço montada sobre uma estrutura rígida e nivelada, para minimizar defeitos dimensionais e geométricos na estrutura a fabricar. A placa de aço tem 8 mm de espessura e dispõe de rasgos distribuídos na sua superfície, nos quais são colocadas pequenas chapas (batentes guia) que permitem o correto posicionamento dos tubos inferiores da estrutura. Para além destes batentes guia, o gabari foi desenvolvido com 10 esquadros de posicionamento dos vários componentes superiores da estrutura, de forma a cumprir a geometria e todas as dimensões da estrutura.
Todos os componentes do gabari foram cortados a laser numa máquina CNC de corte laser TruLaser 5030, com laser de CO2, a uma velocidade de corte de 30 m/min., a partir das respetivas modelações feitas em CAD (Figura 3.8). Os desenhos do gabari podem ser consultados no Anexo IV.
Figura 3.8 Modelação CAD 3D do gabari de soldadura da estrutura de referência. (a) Gabari completo, (b) Estrutura posicionada no gabari (Solidworks®).
Este processo de corte apresenta uma tolerância dimensional de acordo com a norma ISO 2768, normalmente aplicável ao processamento por arranque de apara.
3.2.3.2. Corte de Tubos por Laser
Os tubos a utilizar no fabrico da estrutura foram cortados por laser num equipamento TruLaser Tube 7000. A partir da modelação CAD 3D da estrutura, foram exportados os desenhos CAD de todos os tubos e convertidos num formato CAM compatível com o programa CNC da máquina de corte laser. Optou-se por este tipo de corte com elevada precisão, uma vez que permite não só uma redução substancial do tempo de corte, relativamente ao processo convencional manual, mas também uma redução do tempo no processo de soldadura acompanhada de uma diminuição da quantidade de metal de adição nos cordões. A redução da quantidade de metal de adição tem impacto na redução do peso
da estrutura, bem como na redução das tensões internas que se desenvolvem durante o processo.
3.2.3.3. Soldadura da Estrutura
A estrutura tubular foi fabricada por construção soldada através do processo soldadura TIG (Tungsten
Inert Gás), e nas zonas de mais difícil acesso pelo processo MIG (Metal Inert Gás), tendo-se tido
alguns cuidados no sentido de se obter uma soldadura sem pontos de maior fragilidade nos cordões sem excesso de material de adição. Na prática nem sempre esses cuidados são considerados, embora sejam importantes uma vez que influenciam as propriedades mecânicas da estrutura.
Antes de realizar a soldadura, deve proceder-se (se necessário) à limpeza das zonas a soldar para evitar defeitos que podem ser induzidos pela presença de óxidos ou gordura nas zonas a soldar. Esses defeitos podem influenciar negativamente a resistência da soldadura e por conseguinte da estrutura. A preparação e limpeza das superfícies oxidadas pode ser efetuada recorrendo a uma escova de arame, friccionando ao longo das superfícies a ligar, até que a superfície aparente estar completamente liberta dos óxidos. Esta operação requer um controlo visual através da avaliação da cor da superfície. Para a limpeza de gorduras podem ser utilizados produtos tais como o tetracloreto de carbono, o tricloreto de etileno e detergentes alcalinos como o fosfato trisódico ou o silicato de sódio. No entanto, depois da limpeza é necessário remover das superfícies estes produtos químicos para evitar o ataque ao metal de adição e consequentemente à ligação. Para isso a zona a soldar deve ser limpa com água quente e seca em corrente de ar quente.
Depois da preparação dos tubos cortados a laser, procedeu-se à sua colocação no gabari, respeitando a posição de cada um, através do código gravado em cada tubo correspondente à sua numeração no desenho de conjunto apresentado no Anexo IV.
Durante o processo de soldadura existe a tendência para os materiais dilatarem com a temperatura elevada a que são expostos. Como o aquecimento é maior na zona da junta, a dilatação das peças não é uniforme, produzindo-se assim uma deformação localizada que tende a afastar, sobrepor ou encurvar as peças a soldar. Estas deformações têm sempre como origem as tensões desenvolvidas durante o processo de soldadura devido ao gradiente de temperatura [89].
O processo de soldadura divide-se numa sequência de seis passos distintos, sendo muito importante que antes de se proceder a qualquer soldadura completa, se posicionem corretamente os tubos através de alguns “pingos” de soldadura.
Primeiro, procedeu-se ao posicionamento dos tubos horizontais do plano inferior da estrutura, entre os batentes guia do gabari. De seguida efetuou-se a a união dos tubos por “pingagem” de forma a garantir uma ligação suficientemente resistente, embora sem efetuar a soldadura final. Depois de concluída a “pingagem”, retirou-se esta primeira subestrutura e repetiu-se o procedimento para
fabricar as duas subestruturas horizontais superiores, tal como se pode observar pela Figura 3.9.
Figura 3.9 Sequência de “pingagem” das subestruturas horizontais.
Após a pingagem dos tubos das subestruturas horizontais superiores, colocou-se no gabari a primeira subestrutura horizontal à qual foram pingados, primeiro o arco traseiro e depois o arco frontal (Figura 3.10).
Figura 3.10 Sequência de “pingagem” dos arcos de segurança.
Os dois arcos, em tubo de aço com especificação DIN 25CrMo4, foram previamente dobrados numa máquina de curvar tubo. O arco traseiro foi ainda reforçado com dois tubos em diagonais cruzadas, simetricamente.
Antes de se proceder à soldadura final dos arcos posicionaram-se e pingaram-se as duas subestruturas horizontais superiores e os tubos verticais, recorrendo aos esquadros do gabari. Depois foram pingados os restantes tubos verticais e inclinados da estrutura (Figura 3.11).
Figura 3.11 Sequência de ligação de todas as subestruturas.
Depois de posicionados todos os elementos, procedeu-se à soldadura final da estrutura (Figura 3.12), soldando simetricamente relativamente ao plano médio da estrutura, por forma a evitar desalinhamentos, empenos e tensões dissemelhantes nos diferentes tubos.
Figura 3.12 Fotografia do fabrico da estrutura durante o processo de soldadura sobre o gabari.