Análise da distribuição de calor em juntas soldadas dos tipos Cordão sobre Chapa e Ângulo para diferentes níveis de energia de soldagem

Abstract

O presente trabalho desenvolve um estudo de ciclos térmicos em uniões soldadas, avaliando temperaturas de pico e modos de extração de calor. Inicia-se com procedimento experimental e, após, compara-se os resultados com modelos matemáticos usuais. São analisados dois tipos de junta, cordão sobre chapa (simples deposição) e ângulo T, e três diferentes níveis de energia de soldagem, 640 J/mm, 1050 J/mm e 1500 J/mm. As soldas são realizadas em chapas de aço carbono 1020 com espessura 6,35 mm (1/4”), utilizando o processo de soldagem MAG convencional, realizado através de sistema robotizado. A aquisição das temperaturas é feita por termopares tipo K fixados à superfície das chapas através de descarga capacitiva. Verificou-se a importância da correta fixação dos termopares e a influência deste fator na aquisição dos ciclos térmicos, principalmente no que se refere às temperaturas de pico. Para uma mesma energia de soldagem, foi constatado que as juntas cordão sobre chapa apresentam maiores temperaturas de pico e menores velocidades de resfriamento, quando comparadas às juntas ângulo T. Para ambos os tipos de junta e energias de soldagem, descartou-se o modo de extração 2D de calor. Para as juntas cordão sobre chapa, o modelo para extração de calor 2,5D apresentou variações da temperatura de pico entre 49% (menor energia) e 71% (maior energia), enquanto o modelo 3D manteve a variação entre -44% e -41%, considerando as três energias de soldagem. Apesar da maior variação nas temperaturas de pico, uma análise qualitativa dos ciclos completos das juntas cordão sobre chapa revela que o modelo 2,5D apresenta-se mais próximo ao ciclo obtido nos ensaios. Para as juntas ângulo T, a diferença das temperaturas de pico manteve-se entre 75% e 126% para o modelo 2,5D e -37% e -22% para o modelo 3D.

The present work develops a study of thermal cycles in welded joints, evaluating peak temperatures and modes of heat extraction. It starts with an experimental procedure and then compares the results with usual mathematical models. Two joint geometries, Bead-on-Plate and TEE, and three different welding energy levels, 640 J/mm, 1050 J/mm and 1500 J/mm, are analyzed. The welds are made in 1020 carbon steel sheets with a thickness of 1/4" (6.35 mm), using the conventional MAG welding process, performed through a robotized system. The temperature acquisition is done by K type thermocouples fixed to the surface of the plates through capacitive discharge. It was verified the importance of the correct fixation of the thermocouples and the influence of this factor in the acquisition of the thermal cycles, mainly in relation to the peak temperatures. For the same welding energy, it was found that the Bead-on-Plate joints have higher peak temperatures and lower cooling rates when compared to the TEE joints. For both welding geometries and energies, 2D extraction mode was discarded. For the Bead-on-Plate the 2.5D heat extraction model presented variations of the peak temperature between 49% (lower energy) and 71% (higher energy), while the 3D model maintained the variation between -44% and -41 %, considering the three welding energies. Despite the greater variation in peak temperatures, a qualitative analysis of the complete cycles of the Bead-on-Plate joints reveals that the 2.5D model is closer to the cycle obtained in the tests. For Tee joints, the difference in peak temperatures remained between 75% and 126% for the 2.5D model and -37% and -22% for the 3D model.