65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica

SIMULAÇÃO DE CICLOS TÉRMICOS NO PROCESSO DE SOLDAGEM MEDIANTE A VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DE PRÉ-AQUECIMENTO

Bruno Mycaell da Cunha Oliveira - Depto. de Ciência Ambientais e Tecnológicas - UFERSA Jadson Freitas de Holanda - Depto. de Ciência Ambientais e Tecnológicas - UFERSA Vitor Messias Silva e Souza - Depto. de Ciência Ambientais e Tecnológicas - UFERSA Fabrício José Nóbrega Cavalcante - Prof. MSc./Orientador - Depto. de Ciência Ambientais e Tecnológicas - UFERSA

INTRODUÇÃO:

Os processos de transformação de metais e ligas metálicas em peças para a utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados, podendo-se fundir, soldar, sinterizar ou usinar o material a fim de obter a peça desejada. Dentre os processos de fabricação, a soldagem se destaca pela sua grande utilização na indústria, sendo considerado um método de união entre os materiais, o tornando um processo de união de metais. Um ciclo térmico de soldagem consiste, basicamente, em três fases: a etapa de aquecimento do material no início do processo; a fase em que a temperatura máxima do ciclo é atingida; e a etapa de resfriamento até que a temperatura retorne ao valor inicial. Durante o ciclo térmico, cada ponto do material soldado passa por um ciclo individual, cuja intensidade será em função da sua localização em relação à fonte de energia, o eletrodo. Para o processo, é importante conhecer o ciclo térmico a qual os materiais são submetidos, uma vez que esse ciclo influenciará diretamente na microestrutura do material, e consequentemente nas propriedades finais da junta soldada.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Estudar teoricamente as variáveis do ciclo térmico no processo de soldagem de um determinado aço, verificando comportamento, verificando e analisando a influência da temperatura de pré-aquecimento no processo de soldagem de um aço carbono, em relação ao ciclo térmico.

MÉTODOS:

Inicialmente foram realizados estudos teóricos relacionados ao comportamento do ciclo térmico para um processo de soldagem a arco elétrico, avaliando-se a repartição térmica e a influencia da temperatura de pré-aquecimento. Definiram-se as equações para a obtenção da curva de ciclo térmico, com as seguintes considerações: •A espessura da chapa é considerada infinita •Energia de soldagem é de P= 4200 W •Equação de extração de calor tridimensional •Escolha do aço carbono com as seguintes propriedades: Condutividade Térmica [k]= 45 (W/mºC), Difusividade Térmica [α] = 0,0000177 (m/s²) •Velocidade de soldagem = 0,001mm/s •Distância do eixo “z” constante, z = 0,01m, Simulou-se o comportamento do ciclo térmico mediante as considerações realizadas e com as temperaturas de pré-aquecimento de 25ºC, 100ºC e 200ºC. Consolidaram-se os resultados obtidos no estudo com trabalhos da literatura existente.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Com a equação de extração de calor tridimensional a distribuição de temperatura depende de alguns parâmetros do material a ser soldado, considerando um sistema de coordenadas retangulares, com o eixo x paralelo à direção de soldagem, ou seja, do modo como o material é soldado. Com a temperatura de pré-aquecimento de 25ºC a temperatura de pico foi de aproximadamente de 1500ºC e a região da ZTA menor apresenta uma a velocidade de resfriamento maior podendo gerar uma região de fragilidade, pela maior possibilidade de formação da martensita Para um pré-aquecimento de 100°C, a temperatura de pico foi de aproximadamente de 1600ºC, apresentando uma ZTA maior em relação à temperatura de pré-aquecimento de 25ºC, e consequentemente uma velocidade de resfriamento menor. Para a condição com pré-aquecimento de 200ºC, a temperatura de fico foi de aproximadamente 1700ºC, nota-se que, a região afetada pelo calor foi maior em relação à temperatura de pré-aquecimento de 100ºC, e 25ºC apresentando uma velocidade de resfriamento inferior às demais condições propostas favorecendo uma formação de uma microestrutura mais refinada.

CONCLUSÕES:

As avaliações feitas através das literaturas existentes para o referido assunto foram coerentes com os resultados simulados obtidos. A equação de extração de calor tridimensional se comportou de modo que foi possível consolidar os resultados. Quando a temperatura de pré-aquecimento é elevada a máxima temperatura atingida no processo aumenta e também a ZTA é aumentada, para uma ZTA maior, conclui-se que a velocidade de resfriamento diminui, podendo-se dificultar a formação de uma microestrutura frágil na zona, como a martensita.

Palavras-chave: Soldagem, Ciclo térmica, Pré-aquecimento.