Modelagem da distribuição de temperatura numa junta soldada do aço API 5L X80 com validação do modelo por imagens termográficas

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: ROCHA, Eduardo José Fernandes
• Orientador(a): FERREIRA, Ricardo Artur Sanguinetti
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Engenharia Mecanica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Engenharia Mecânica; Modelagem numérica; Soldagem GMAW do aço API 5L X80; Ciclo térmico; Termografia infravermelha passiva
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/24074

Este trabalho visa realizar estudos de distribuição de temperatura num processo de soldagem com enchimento ao arco elétrico mediante aplicação de uma modelagem matemática e validados com o auxílio de equipamentos de medição de calor que operam no intervalo do espectro da radiação infravermelha. A metodologia numérica baseou-se no método de elementos finitos, suportados pelo software Abaqus 6.12 que permitiu realizar uma análise em três dimensões do calor envolvido neste enchimento. A modelagem da fonte de calor em movimento foi empreendida com base na dupla elipsoide de Goldak e consequente distribuição do volume de energia, onde incluem-se as propriedades termofísicas do material e respectivas condições de contorno inerentes ao sistema. O campo experimental serviu de base para alimentar os dados computacionais e neste, foram utilizados painéis retangulares de aço ASTM A36 medindo 300 mm x 200 mm x 4,76 mm com soldagem por enchimento, sem entalhe no cordão de solda, bem como o uso de painéis retangulares do aço API 5L X80 medindo 150 mm x 80 mm x 7,5 mm com profundidade de chanfro de 4mm, tendo sido realizados em ambos modelos, soldagem com sistema semi-automatizado na posição horizontal 2G, por intermédio do processo de soldagem GMAW (Gas Metal Arc Welding), especificamente MAG (Metal Active Gas). Os estudos para obtenção dos campos de temperatura foram realizados sob diferentes condições de aporte térmico, fazendo-se uso de dois sistemas independentes de termografia infravermelha aplicados na forma passiva: pirômetro e câmera termográfica. A primeira etapa coincide com o uso de ambos os sistemas de instrumentação quando estes, previamente calibrados, norteiam as respostas dos campos de temperatura e em comparação, pode-se validar a câmera termográfica como um instrumento confiável. Nesta fase, a temperatura captada na chapa atinge 670°C (≈ 943 K). A segunda etapa ocorreu em disposição semelhante, sendo captada temperaturas apenas através da câmera termográfica. Os resultados mostram que a chapa alcança a temperatura de 1.045ºC (≈ 1.318 K), sendo possível captar a curva completa do ciclo térmico de soldagem na face oposta ao cordão de solda. Propriedades térmicas dependentes no tempo, bem como, efeitos de mudança de fase foram considerados. Em substituição ao uso de termopares fora assumido aplicar-se a técnica da termografia infravermelha que, comparativamente à modelagem numérica, foram obtidos excelentes graus de coerência na quantificação dos demasiados campos térmicos vigentes na soldagem.