Estudo de campo de temperatura obtido numericamente para posterior determinação das tensões residuais numa junta soldada de aço ASTM AH36

Abstract

Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia numérico-experimental para determinar o campo de temperatura de uma junta soldada para posterior determinação das tensões residuais. Este modelo numérico se apóia no acoplamento de diferentes fenômenos físicos de natureza térmica, mecânica e metalúrgica presentes em uma operação de soldagem. As simulações numéricas foram realizadas através de um software baseado no método dos elementos finitos (MEF). Através do MEF consideraram-se aspectos que fazem a modelagem matemática do processo de soldagem complexa, tais como: as transformações de fase e as conseqüentes variações nas propriedades físicas e mecânicas dos materiais em função da temperatura, a transitoriedade e rapidez do processo de soldagem e os diferentes mecanismos de troca de calor com o meio (convecção e radiação), todos associados a uma elevada não-linearidade. A fonte de calor analítica utilizada para modelar o aporte térmico foi do tipo dupla elipsóide proposta por Goldak. Este modelo mostrou-se viável à aplicação na indústria devido seu controle através dos parâmetros de entrada do processo de soldagem, tais como: corrente e tensão elétrica e velocidade de soldagem. O material utilizado neste estudo foi composto por uma chapa de aço ASTM AH36, bastante empregado na indústria naval. Para validação deste modelo numérico-experimental, foi utilizado uma placa retangular de 60 mm x 50 mm, com 3mm de espessura, soldada pelo processo TIG e foram determinadas suas tensões residuais pelo consagrado método de difração de raios-X e alternativamente um novo método, desenvolvido na UFPE, de determinação de tensões residuais a partir de medidas dos deslocamentos de furos referenciados utilizando uma máquina de medição de coordenadas. Este estudo mostrou que é possível a otimização dos procedimentos de soldagem, seja pelo controle dos parâmetros ou pelo posicionamento das restrições; contribuindo para reduzir os níveis de tensão residual em juntas soldadas nas indústrias petroquímicas ou naval