Estudo de modelos numéricos térmico e fluidodinâmico na história térmica de juntas soldadas por atrito com pino não consumível de aços API 5L-X80

Abstract

A obtenção da repartição térmica em juntas do aço API 5L X80 processadas por Friction Stir Welding foi realizada por meio de modelos numéricos térmicos e fluidodinâmicos. Os dados de entrada dos modelos foram adquiridos por medições de temperatura durante a soldagem, utilizando termopares posicionados igualmente espaçados ao longo de chapas de aço de 12 mm de espessura durante o processo de soldagem. O experimento foi conduzido para dois aportes térmicos diferentes: uma junta com aporte térmico de 1,69 KJ.mm-1 e a outra com um aporte térmico de 1,91 KJ.mm-1 . Os dados de temperatura foram processados e utilizados para implementação em um modelo computacional puramente térmico, proporcionando a visualização do ciclo térmico do material durante a soldagem. O modelo computacional foi desenvolvido utilizando o software COMSOL Multiphysics®, uma vez que a fonte de calor foi considerada estacionária em um modelo Euleriano. O modelo foi utilizado em ambas as juntas para realizar o estudo entre as temperaturas simuladas e os resultados experimentais. Os resultados mostraram similaridades significativas quando os ciclos térmicos e seus máximos simulados e os dados experimentais de temperatura foram comparados. O modelo térmico também foi usado para prever as temperaturas máximas do ciclo térmico para regiões da junta soldada onde é fisicamente impossível realizar medições experimentais de temperatura devido à presença do pino e do ombro da ferramenta. Posteriormente, o modelo puramente térmico foi confrontado com um modelo fluidodinâmico, verificando as informações obtidas em cada um destes. Observou-se que o modelo fluidodinâmico fornece detalhes sobre diferentes aspectos experimentais, tais como o campo de velocidades do fluido ao redor da ferramenta e sua taxa de deformação. Verificou-se então que o modelo puramente térmico fornece resultados com um tempo de processamento menor do que o modelo fluidodinâmico. Entretanto o modelo fluidodinâmico fornece resultados que o puramente térmico é, inerentemente, impossibilitado de fornecer. Diante disto, conclui-se que cada um destes modelos fornece resultados que são complementares um ao outro.