Simulao numrica do campo de temperatura de juntas soldadas do ao API 5L X80, atravs do mtodo de elementos finitos.J. Alves da Nbrega, D. David Silva Diniz, R. Henrique Falco de Melo B. Alisson Arajo, T. Moura Maciel, A. Almeida Silva, C. Neilor SantosSIMULAO NUMRICA DO CAMPO DE TEMPERATURAS DE JUNTAS SOLDADAS DO AO API 5L X80, ATRAVS DO MTODO DE ELEMENTOS FINITOS.J. Alves da Nbregaa, D. David Silva Diniza, R. Henrique Falco de Melob , B. Allison Arajob, T. Moura Macielc, A. Almeida Silvac, C. Neilor Santosd

aPPGEM, Universidade Federal de Campina Grande, Departamento de Engenharia Mecnica, Av. Aprigio Veloso, 882, Bodocong, CEP 58429-900, Campina Grande,PB, Brasil, http://www.ppgem.ufcg.edu.br/bPPGCEMat, Unidade Acadmica de Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Campina Grande, Av. Aprgio Veloso, 882, Bodocong, CEP 58429-900, Campina Grande, PB, Brasil, http://dema.ufcg.edu.br/web/pos-graduacao/cUnidade Acadmica de Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Campina Grande, Av. Aprgio Veloso, 882, Bodocong, CEP 58429-900, Campina Grande, PB, Brasil, http://www.dem.ufcg.edu.br/dInstituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia da Paraba Av. 1 de Maio, 720, Jaguaribe, Joo Pessoa, PB, Brasil, CEP 58015-430 http://www.ifpb.edu.br/Resumo. Muitas so as alteraes metalrgicas sofridas pelos materiais quando submetidos a um ciclo trmico de soldagem, exercendo uma considervel influncia sobre as propriedades mecnicas das estruturas soldadas. Portanto, o controle das variveis deste ciclo trmico de fundamental importncia com relao preveno de possveis falhas. Na fase de projeto, uma dessas alternativas para a avaliao das variveis do ciclo trmico de soldagem seria o emprego de simulao via mtodos computacionais. Este trabalho teve como objetivo avaliar o campo de temperatura em juntas soldada empregando o software comercial ABAQUS, que baseado no Mtodo dos Elementos Finitos (MEF) para anlise de uma junta soldada de ao API 5L X80. Foram considerados fenmenos complexos o que possibilita uma modelagem matemtica do processo de soldagem de forma mais robusta, tais como: variao das propriedades fsicas e mecnicas dos materiais em funo da temperatura, a transitoriedade e velocidade do processo de soldagem e os diferentes mecanismos de troca de calor com o meio (conveco e radiao). Foi utilizada uma fonte de calor analtica proposta por Goldak para modelar o aporte de calor, considerando uma soldagem multipasse atravs do processo soldagem GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), possibilitando avaliar as variaes do efeito de cada passe no processo. Foi possvel determinar os campos de temperaturas decorrentes de cada passe na soldagem, onde foi verificado que ocorrem mudanas do comportamento trmico na chapa durante o processo.Palavras: Soldagem, campo de temperatura, ciclos trmicos, elementos finitos, simulao computacional.INTRODUOAo longo dos anos, as pesquisas envolvendo a soldagem vm crescendo atravs do aumento do nmero de estudos em vrios centros de pesquisa, principalmente no Brasil, devido ao crescimento dos investimentos dos diversos setores da indstria, das quais podemos destacar a, petrolfera, qumica, siderrgica e veicular conforme mostrado na Tab.1. Por ser tratar de um processo de unio de materiais que depende de um estabelecimento e controle eficiente dos parmetros, devendo obedecer aos requisitos essenciais a cada processo, tem surgido vrios estudos que visam obteno de juntas soldadas com qualidade e com reduo de custos, evitando prejuzos de natureza financeira e ambiental.Tabela 1: Crescimento dos investimentos estimados para 20011-2014. (Fonte: BNDES/ GT do investimento).SetoresValores (R$ bilhes) 2006-2009 2011-2014Crescimento% % a.a

Petrleo e Gs2053788413,0

Extrativista Mineral606240,9

Siderrgica2833173,2

Qumica22407812,3

Papel e Celulose1828528,7

Veculos2533315,6

Eletroeletrnica2029488,2

Txtil e Confeces912396,8

Indstria387614599,7

A soldagem pode ser definida como sendo uma unio permanente dos materiais com a aplicao de calor para sua coalescncia localizada podendo superar ou no o seu ponto de fuso. No segundo caso torna se necessrio a aplicao de presso Atualmente, a soldagem considerada como o processo mais utilizado industrialmente na ligao de metais (Almeida, 2012).Muitas so as transformaes envolvidas na soldagem devido o forte aporte de calor localizado, principalmente na soldagem por fuso. Esse aporte de calor acontece de forma no linear e transiente, sendo uma partio de calor mais acentuada prximo fonte e uma menor partio conforme essa distanciada. O ciclo trmico de soldagem determina, em grande parte, as alteraes estruturais que uma dada regio do material pode sofrer devido ao processo de soldagem. Ao se analisar o efeito nocivo que o ciclo trmico de soldagem pode ter sobre a junta soldada, deve-se observar que estas alteraes no se concentram apenas na zona de fuso ou cordo de solda, mas especialmente na rea prxima a ele, designada Zona Termicamente Afetada (ZTA), ou seja, eles alteram a microestrutura e/ou propriedades da ZTA que geralmente adquirem um grau mais elevado de fragilizao do que o prprio cordo de solda (Moura 2012). A fim de avaliar e prever o grau de fragilidade na ZTA, de fundamental importncia o conhecimento da evoluo do campo de temperatura na vizinhana do cordo de solda sendo possvel minimizar os efeitos trmicos atravs de pr-aquecimento do metal de base e tratamentos trmicos. O aumento da temperatura de pr-aquecimento causa um aumento na energia de soldagem do sistema, propiciando tempos maiores para o resfriamento, o que causa transformaes de fases com tamanhos de gro grande, contribuindo para a diminuio no valor da dureza na ZTA.Tcnicas experimentais so comumente utilizadas na obteno das distribuies de temperaturas em processos de soldagem, todavia, devido demanda de tempo e o alto custo experimental, e com o desenvolvimento da tecnologia surgiram novas tcnicas analticas e computacionais que permitem estimar o campo de temperatura a que um componente submetido durante a soldagem. (Almeida, 2012).O objetivo deste trabalho simular e avaliar os campos de temperaturas decorrentes da soldagem pelo processo GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) em juntas multipasse de ao API 5L X80 atravs do uso de um software comercial ABAQUS, baseado no Mtodo dos Elementos Finitos (MEF) possibilitando avaliar as variaes e o efeito de cada passe no processo.moDELAGEM TRMICANo processo de soldagem ao arco eltrico, uma fonte eltrica gera uma diferena de potncia U entre o eletrodo e o metal de base, induzindo a formao de um arco eltrico percorrido por uma corrente I. No processo, o sistema tem perdas por diversos fatores, dentre eles podemos citar a conveco e a radiao no arco e no eletrodo, sendo apenas uma parcela aproveitada na fuso do material, sendo necessria a adio de um rendimento . Podemos expressar assim, a entrada real do calor pela expresso:

(1)Neste modelo trmico foi utilizada a equao governante do fluxo de calor, representada abaixo, no qual permitido avaliar o gradiente trmico em um objeto de estudo tridimensional, atravs de um balano de energia do volume de controle da rea estudada. Segundo Bezerra, (2004). A equao do fluxo de calor na pea no linear devido ao fato de as propriedades termofsicas dos materiais serem dependentes da temperatura. Sendo assim, o balano de energia para o fluxo de calor conduz relao.

(2)

Onde a densidade, c o calor especifico, Q o fluxo de calor de calor (Eq. 1). Kx, Ky, Kz, so os coeficientes de condutividade trmica nas trs direes, T a temperatura e t o tempo.As perdas de calor por conveco e radiao podem ser avaliadas utilizando as seguintes expresses:

(3)

(4)

Onde hf o coeficiente convectivo, T a temperatura do ambiente, a constante de Stefan-boltzmann e a emissividade da superfcie do corpo.A mudana de fase ocorrida durante o processo, isto , o calor latente pode ser expresso em funo da entalpia H pela seguinte equao:

(5)Para uma anlise analtica computacional de soldagem atravs do MEF, um ponto primordial na simulao, a modelagem da fonte de calor. Goldak props uma soluo analtica para a modelagem que atualmente a mais utilizada para anlise dessa fonte de calor distribuda associada ao arco eltrico de soldagem possibilitando a determinao do campo de temperatura. Nela considera-se uma gaussiana 3D finita sobre uma dupla elipsoide, conforme mostra a Figura 1. Essa fonte e definida analiticamente pelas Eqs. (6) e (7). (Guimares, 2010).

Figura 1: Volumtrica gaussiana 3D sobre uma dupla elipsoidal de raios a, b e c.Fonte: (Guimares, 2010).

(6)

(7)

Onde qf e qr so as distribuies volumtrica de energia antes e aps a tocha [W.m-3], ff e fr so as reparties de energia antes e aps a tocha; af e ar so os comprimentos da poa de fuso antes e aps a tocha [m]; b a semi-largura da poa de fuso [m] e c a profundidade da zona fundida [m], conforme mostrado na Fig.(1).Os parmetros U, I, esto ligados diretamente ao procedimento de soldagem, enquanto que b e c so os parmetros geomtricos da fonte e podem ser determinados por exame metalogrfico. Os outros parmetros af, ar, ff e fr (ff e fr=2,0), so obtidos com a ajuda dos parmetros b e c. Na ausncia de melhores dados, a distncia a frente da fonte de calor igual metade da largura da solda e a distncia atrs da fonte de calor igual a duas vezes a largura, conseguindo-se desta forma boa aproximao. (Diniz, et al 2012).Para uma analise trmica confivel de soldagem devido ao aumento de requisitos e de controle dos aos modernos, de grande importncia o correto dimensionamento da temperatura de pr-aquecimento do material de base. Ordoes (2004) descreve em sua dissertao com base na norma API 5L (2000) a utilizao de duas frmulas para o clculo da temperatura de pr-aquecimento. A primeira a mais empregada e utiliza o valor do carbono equivalente (CE) do ao para este fim. O CE uma expresso que considera no s o percentual de C como tambm o percentual de outros elementos de liga do ao que afetam a sua temperabilidade. Existe mais de uma expresso para o calculo do seu valor. A mais utilizada a proposta pelo International Institute of Welding (IIW), valida para os aos com teor de carbono superior a 0,12%. A outra frmula sugere o valor da temperatura de pr-aquecimento em funo do Pcm,que um outro parmetro baseado na composio qumica do ao. Ambas as expresses (CE e Pcm) foram criadas para avaliar a susceptibilidade do ao formao de trincas induzidas pelo hidrognio. (Ordoes, 2004).Ordoes (2004) realizou uma comparao entre quatro mtodos para o calculo da temperatura de pr-aquecimento em aos estruturais nos quais incluam aos da classe API 5L X80. Os quatro mtodos foram: a) o mtodo da British Standard Institution, BS 5135, baseado no valor do CE (IIW), b) o mtodo da American Welding Society (AWS D1.1) que calcula a temperatura mnima de pr-aquecimento por meio do Pcm, c) o mtodo do CET ( carbono Equivalente Total) que calcula a temperatura mnima de pr-aquecimento como funo do seu CE, espessura do material, hidrognio difusvel no metal de solda e a energia de soldagem, e d) o mtodo do CEN. Ele conclui que para o ao API 5L X80, os mtodos da AWS e CEN no necessitariam da utilizao da temperatura de preaquecimento, todavia, os mtodos British Standard Institution e CET se mostraram mais conservadores, sendo neces srio o preaquecimento na soldagem do ao API 5L X80.A temperatura de pr-aquecimento utilizada nos ensaios baseou-se no estudo de Ordoes (2004). Assim, a temperatura ambiente (25C) foi escolhida considerando os mtodos CEN e da AWS, como a recomendada para este tipo de ao. A temperatura de pr-aquecimento, utilizada foi de 100 C correspondente ao mtodo BS, que o mais conservador dos quatro apresentados por Ordoes (2002). Para a temperatura de interpasse, foi fixado o valor de 150C conforme norma da Petrobras (N 133J).METODOLOGIA computacionalA modelagem computacional foi desenvolvida com o auxilio do cdigo de clculo ABAQUS 6.9, no qual baseado no mtodo de elementos finitos (MEF). A pea modelada uma placa 0,120m x 0,360m x 0,017m, de um ao ARBL API 5L X80. A composio qumica deste material apresentada na Tab. 2.Tabela 2: Composio qumica do ao API 5L X80 cedido pela USIMINAS.Porcentagem (%) em peso

CMnSiPSNiMoAlCrVCu

0,0841,610,230,010,0110,170,170,0350,1350,0150,029

O processo de soldagem simulado foi o GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Os parmetros de soldagem utilizados esto na Tab. 3. O valor do coeficiente de transferncia do arco para o clculo do aporte trmico foi de 65% conforme exemplificado por (Modenesi, 2012). Foram utilizadas duas condies de soldagem A e B, com os valores de corrente, voltagem, velocidades e o mesmo valor de energias de soldagem (H) utilizados por ( Diniz, et al 2012), diferenciando-se apenas nas temperaturas inicias das chapas, ou temperatura de pr-aquecimento. Para a condio A no foi utilizado pr-aquecimento, ou seja, foi empregado uma simulao em temperatura ambiente (25C), enquanto que na condio B foi empregado um pr-aquecimento (100C). Foi realizada uma soldagem multipasse, cuja temperatura de interpasse foi fixada em 150C. Sendo assim, o sistema computacional foi programado para iniciar um novo passe de soldagem, quando no step de resfriamento, a temperatura mxima na chapa atingisse a temperatura de interpasse.Tabela 3: Parmetros de soldagem empregados.CondioI(A)U(V)v(mm/s)H(KJ/cm)T0 (C)Interpasse (C)

A130,819,735,009,8725150

B130,819,735,009,87100150

A anlise de transferncia de calor na soldagem foi feita considerando-se uma analise 3D na chapa de ao API 5L X80. Nesta etapa, a chapa foi dividida em 1800 elementos do tipo DC3D8, utilizando uma malha heterognea com um refinamento no tamanho dos elementos na direo Y, de modo que na regio onde passa a fonte de calor se movimentando fossem concentrados o maior numero de elementos, conforme mostrado na Fig. (2), devido ocorrncia dos fenmenos de transformaes trmicas terem sua maior parcela de clculos realizados pelo programa neste local. Alem disso, considerou-se a aplicao da metade da chapa, tendo em vista que o fenmeno e as condies empregadas permitem aplicar a teoria de simetria, ocasionando a obteno de um menor custo computacional, pois existe uma grande quantidade de processamento no solver que esse fenmeno estudado causa.

Figura 2: Malha empregada na simulao. Um dos problemas chave para a modelao numrica de um processo de soldagem a modelao do material (Almeida, 2012). A maior parte das publicaes sobre a simulao numrica dos processos de soldagem considera que as propriedades do material so dependentes da temperatura. Contudo, muito difcil obter dados completos da dependncia das propriedades do material com a temperatura, principalmente a temperaturas muito elevadas. Simplificaes para contornar este problema so muitas vezes introduzidas na simulao numrica dos processos de soldagem. (Diniz et al. 2012) considerou que devido ao fato de se ter poucas informaes das propriedades fsicas do ao API 5L X80 com a temperatura, esses dados podem ser considerados como sendo de um ao de baixo teor de carbono, tal qual o presente ao em estudo. Assim, foi utilizado na simulao, parmetros de Teng (2003) em funo da temperatura, conforme mostrado na Tab. 4. Para os demais parmetros, Deng (2009) considerou a densidade de um ao de baixo carbono como sendo constante, 7870 kg/m, alm do calor latente para a solidificao da poa de fuso como sendo de 270 J/g. A temperatura de transformao de estado lquido (TL) e slido (TS) foram assumidas como sendo 1480 C e 1430 C respectivamente.

Tabela 4: Propriedades do ao baixo carbono em funo da temperatura. Fonte: (Teng 2009).T(C)K(W/m/C)C(J/kg/C)hf(W/m2/C)(10-5C-1)

0525002,51,1

200505506,51,2

4004360071,35

600378007,51,45

8002695081,5

1000289508,21,5

1200309508,41,5

1400339508,61,5

16001209509,21,5

18001209509,21,5

20001209509,21,5

As perdas de calor devido conveco so consideradas para as todas as superfcies da chapa, excetuando-se a parte de baixo, visto que a situao adotada de engaste da chapa na mesa. Esta condio foi empregada com base no que foi utilizado em laboratrio, impedindo-se, desta forma, o seu contato com o meio. Essa perda de calor por conveco (qc) fundamentada na lei do resfriamento de Newton, mostrada na Eq. (3). Para as perdas de calor por radiao admitidas na Eq. (4), onde foram considerados a emissividade e constante de Stefan Boltzmann, estes valores foram admitidos como sendo 0,77 e 5,6697 x 10-8 W m-2 K4, respectivamente.Para representar as condies de soldagem desejadas, considerou-se a geometria da fonte empregada, desenvolvida em uma sub-rotina DFLUX, no ambiente Fortran. A partir do incremento de tal recurso, podem-se obter diferentes condies de soldagem atravs da variao de parmetros, como: corrente, tenso, velocidade, temperatura inicial da chapa e temperatura de interpasse. Alm disso, utilizaram-se os parmetros dimensionais de solda como mostrado na Tab. 5, seguindo as variveis mostradas na Fig. (1). Esses parmetros foram medidos experimentalmente conforme descrito no item 2, atravs de uma seo transversal da chapa soldada.Tabela 5: Parmetros dimensionais do cordo de solda.Parmetros dimensionais da soldaaf(m)ar(m)b(m)c(m)

0,00420,01680,00420.0044

resultados e discussesA Figura 3 apresenta os resultados da simulao multipasse na condio A da evoluo do gradiente de temperatura. A Fig. 3(a) representa o primeiro passe de soldagem aps 36 segundos do inicio do processo, e a Fig. 3(b) exibe o campo de temperatura do segundo passe de soldagem, analisado na mesma distncia, correspondente a 141 segundos do inicio do processo.

(a)(b)

Figura 3: Gradientes de temperatura multipasse para a condio A (To=25 C).Conforme mostrado na Fig. 3(a), percebe se que a temperatura no centro da poa de fuso atinge valores prximos a 1700C, sendo este o valor de maior pico de temperatura na chapa. Pode-se perceber pelas isotermas em torno da fonte de calor, que ocorre uma diminuio na temperatura e um alongamento das isotermas no sentido da direo da soldagem, todavia para a condio de soldagem da Fig. 3(b), devido concentrao de calor do primeiro passe, foi acumulando energias trmicas no material contribuindo para que as temperaturas mximas atingidas durante a soldagem e as isotermas fossem maiores, embora a energia de soldagem tenha sido as mesmas.Na Figura 4 so mostrados os resultados para a simulao multipasse na condio B da evoluo do gradiente de temperatura. A Fig. 4(a) representa o primeiro passe de soldagem aps 36 segundos do inicio do processo, e a Fig. 4(b) expe o campo de temperatura do segundo passe de soldagem, aps 242.2 segundos do inicio, ambos avaliados na mesma distncia.

(a)(b)

Figura 4: Gradientes de temperatura multipasse para a condio B (To=100 C).Conforme mostrado na Figura 4, para a condio B, percebe se que a temperatura no centro da poa de fuso atinge maiores valores devido temperatura de pr-aquecimento, tanto no primeiro passe, quanto no segundo, todavia h pouca variao na temperatura das isotermas se comparado com a condio A, sem pr-aquecimento. Quanto maior a temperatura de pr-aquecimento mais lenta a transio da temperatura do metal de solda para a ZTA (menor gradiente trmico) e, portanto, maior ser a extenso desta. Por outro lado, para maiores dimenses e geometrias complexas, mais rpida a transio de temperatura entre o metal de solda e a ZTA (maior gradiente trmico) sendo menor a sua extenso.A Figura 5 mostra as condies A e B, aps o resfriamento do primeiro cordo de solda, ou seja, o instante de tempo no qual se inicia o segundo passe de soldagem, quando o mesmo atinge a temperatura de 150 C na regio final do passe de soldagem. Atravs do gradiente de resfriamento para as duas condies, podemos perceber que ao atingir a temperatura de interpasse, h uma menor variao de temperatura no resfriamento para a condio B quando comparado com a condio A, devido ao material j possuir uma carga trmica, dificultando a transferncia de calor por conduo no meio slido. Isso pode ser visto atravs da Fig. 5(b), onde na condio B, na regio na qual foi realizada a soldagem, a temperatura variou em torno de 15 C do inicio ao final da solda enquanto que na primeira condio a variao foi 60C. Uma menor variao da temperatura interpasse contribui diretamente na homogeneidade das propriedades ao longo do cordo de solda.

(a)(b)

Figura 5: Gradientes de resfriamento at a temperatura de 150C para a condio A e B.A microestrutura produzida em juntas soldadas de qualquer tipo de ao dependente da sua composio qumica, do tamanho do gro e da taxa de resfriamento. Logo a estimativa desta varivel do ciclo trmico de soldagem de fundamental importncia no controle da formao de microestruturas frgeis susceptveis formao de trincas (Monteiro, 2004). A estimativa da temperatura de pico por sua vez possibilita a avaliao indireta do tamanho de gro da austenita que por sua vez afeta a posio das curvas de resfriamento do material e, consequentemente, a microestrutura resultante na junta soldada. Neste estudo de simulao para a determinao do campo de temperatura das juntas soldadas, foram examinados os ciclos trmicos multipasse de soldagem para as duas condies e nos mesmos instantes de tempo (Figs. 3 e 4), na linha de fuso, 0,0023 m e a 0,005 m distantes da linha de fuso do material, conforme mostrados nas Figs. (6) e (7). Para as condies A e B, percebe se, como era de se esperar, que as temperaturas de pico no primeiro e segundo passe foram maiores quando avaliados na linha de fuso do material e menores quando distanciados, a 0,0023 m e 0,005 m, respectivamente, conforme mostrado nas Figs. (6) e (7). Para a condio A, pode se perceber que a temperatura de pico na linha de fuso do material, tem um ligeiro acrscimo no segundo passe devido ao acumulo de energia citado anteriormente. Para a condio B, possvel observar que h pouca variao nas temperaturas de pico, uma vez que o material sofreu um pr-aquecimento tornando as temperaturas de inicio do primeiro passe e do segundo, mais prximas, influenciando numa maior homogeneidade da temperatura no material. importante destacar ainda que, na condio A, o material resfria at a temperatura interpasse num perodo mais curto que a condio B, uma vez que, quanto maior a quantidade de calor no material, maior tempo ser para este se dissipar.

Figura 6: Ciclo trmico de Soldagem da condio A (To=25 C).

Figura 7: Ciclo trmico de Soldagem da condio B (To=100 C).Reis Sobrinho (2007) realizou uma anlise trmica experimental em aos ARBL com deposio de um nico passe de soldagem, com processo de soldagem MIG/MAG, em temperatura ambiente e pr-aquecimento de 100 C utilizando 8,7 KJ/cm como energia de soldagem conforme mostrado na Fig. (8). possvel perceber uma semelhana qualitativa dos resultados obtidos na simulao, com as experimentais. Isso mostra a robustez que o modelo computacional inserido no ABAQUS 6.9 capaz de replicar os fenmenos reais obtidos nos processos de soldagem.Uma varivel do ciclo trmico de soldagem muito utilizada na avaliao do efeito da taxa de resfriamento sobre a microestrutura resultante na junta soldada o tempo de resfriamento entre 800-500 C (t8/5), pois nessa faixa de temperatura, onde surgem as transformaes microestruturais nos aos. Atravs da analise dos resultados computacionais e a partir das curvas de ciclos trmicos obtidas, foi possvel encontrar com maior preciso, os valores de t8/5 para as condies A e B, nos dois passes de soldagem, na linha de fuso e a 0.0023 mm conforme mostrados nas Tabs. (6) e (7) abaixo.

(1)(2)

Figura 8: Ciclo trmico realizado com temperatura ambiente e pr-aquecimento de 100 C.Fonte: (Reis Sobrinho, 2007)Tabela 6: Tempos de resfriamento entre 800 - 500C para as condies A e B na linha de fuso.Condio A (s)Condio B (s)

1 passe2,31863,0178

2 passe2,9093,52

Tabela 7: Tempos de resfriamento entre 800 - 500C A e B a 0.0023m da linha de fuso.Condio A (s)Condio B (s)

1 passe2,55213,129

2 passe3,24043,746

Pode se perceber que o primeiro passe de soldagem da condio A, o que possui o menor tempo de resfriamento, que corresponde a uma maior velocidade de resfriamento. O segundo passe devido ao acmulo de energia trmica, sofre um resfriamento mais lento. Esse tempo aumenta conforme distanciado da linha de fuso e a presena de um gradiente trmico elevado pelo fato do material ter passado por um pr-aquecimento.Quanto mais prxima regio do metal de solda maior a granulometria e mais rpido ser, possibilitando o aparecimento de microconstituintes mais duros, como a Martensita em juntas de aos com maior teor de C ou elemento de liga. medida que se distancia da linha de fuso a temperatura de pico alcanada decresce e o tempo para atingir esta temperatura se torna cada vez maior, portanto, as taxas de aquecimento e resfriamento decrescem medida que esta se distancia devido ao menor aquecimento sofrido por pontos mais afastados do metal de solda, apresentando uma granulao menos grosseira tornando se menos tempervel resultando em transformaes ferriticas. (Monteiro 2004). Foram avaliados os gradientes de resfriamento das condies A e B, no instante de tempo em que iniciado o segundo passe de soldagem, conforme mostrado nas Figs. (9) e (10).

Figura 9: Gradiente de resfriamento no inicio do segundo passe de soldagem da condio A.

Figura 10: Gradiente de resfriamento no inicio do segundo passe de soldagem da condio B.Nas Figuras (9) e (10), possvel notar a partir dos grficos, que o resfriamento das condies A e B se comportam de forma quase linear ao longo da linha de fuso, partindo da regio com maior temperatura, no final do cordo de soldagem, at o ponto com menor temperatura, caracterizado pela regio de inicio do cordo de solda. Para a condio A, ocorreu um maior decaimento se comparado a condio B, devido esta condio ter depositado menores quantidade de energia aplicada na soldagem tornando assim a dissipao de calor ao longo do cordo de solda em maior quantidade. Pode se observar ainda que, no inicio da linha de fuso, para as duas condies, o grfico possui um acrscimo na temperatura devido ao inicio do segundo cordo de soldagem. Do ponto de vista computacional, isto expressa a preciso que esta ferramenta tem para a analise trmica de um processo de soldagem. conclusesOs resultados obtidos na simulao mostraram-se bastante satisfatrios permitindo-se obter os efeitos proporcionados pela alterao nos parmetros de soldagem, mais especificamente a temperatura de pr-aquecimento. Os resultados possibilitaram a confirmao da influncia da temperatura do segundo passe de soldagem e do pr-aquecimento, sobre o gradiente de temperatura e sobre o resfriamento da chapa, de acordo com o que dito na literatura.De uma forma geral o modelo ABAQUS 6.9, aplicado avaliao do histrico trmico na soldagem mostrou-se promissor podendo servir como base para anlise de efeitos mecnicos/metalrgicos provocados pelos ciclos trmicos em juntas soldadas. agradecimentos Os autores agradecem Unidade Acadmica de Engenharia Mecnica e ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica da Universidade Federal de Campina Grande, a CAPES-REUNI pela concesso do apoio financeiro e todas as entidades que financiam esses centros de pesquisa.referncias American Petroleum Institute. API 5 L: Specification for Line Pipe. Washington, 42nd ed. January 2000. 153 p.Almeida, D. F. F., 2012. Determinao das tenses residuais e deformaes resultantes do processo de soldadura TIG atravs do Mtodo dos Elementos Finitos, Dissertao de mestrado em Engenharia Mecnica Faculdade de cincias e tecnologia, Universidade de Lisboa. LisboaBezerra, A. C., 2004. Anlise Trmica do processo de Soldagem TIG via Elementos Finitos, in Simpsio do Programa de ps graduao em Engenharia Mecnica Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Uberlndia, Uberlndia-MG. Cho, S.H., Kim, J.W., 2002, Analysis of residual stress in carbon steel weldment incorporating phase transformations, Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 7, No. 4, pp. 212-216.Deng, D., 2009, FEM prediction of welding residual stress and distortion in carbon steel considering phase transformation effects, Materials and Design, Vol 30, pp 359-366.Diniz, D. D. S., 2012. Simulao numrica de distribuio de temperatura para processos de soldagem em ao API X80 via elementos finitos, In: Congresso Nacional em Engenharia Mecnica So Luiz, MA.Guimares, P.B., 2010. Estudo de campo de temperatura obtido numericamente para posterior determinao das tenses residuais numa junta soldada de ao ASTM, Tese de Doutorado em Engenharia Mecnica Universidade Federal de Pernambuco. Recife, PE.Kamala, V. and Goldak, J., 1993, Error due to Two-Dimensional Approximations in Heat Transfer Analysis of Welds, Welding Journal, Vol. 72(9), pp. 440s-446s.Modenesi, P. J., Marques, P. V., Santos, D. B., 2012 Introduo Metalurgia da Soldagem Belo Horizonte, Universidade federal de Minas Gerais, Belo Horizonte-MG.Monteiro, L. S., 2004, Estudo de Ciclos Trmicos de Juntas Soldadas em um Ao de Alta Resistncia e Baixa Liga Atravs do metodo In situ Dissertao de Mestrado em Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Campinas. Campinas, SP. Moura, M.L.M., 2012. Obteno Numrica do Campo de Temperatura, Ciclos Trmicos e Repartio Trmica de uma Junta Soldada de Ao Inoxidvel AISI 304, in Congresso Norte Nordeste de pesquisa e inovao Palmas, TO.N-133 Soldagem, reviso setembro 2002, pp 28.Ordez, R. E. C., 2004. Soldagem e Caracterizao das Propriedades Mecnicas de Dutos de Ao API 5L-X80 com diferentes Arames Tubulares, Dissertao de mestrado em Engenharia Mecnica Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Campinas. Campinas SP.Puga, F. P., Junior, G. B., 2011 Perspectiva de Investimentos na Indstria 2011-2014 Disponivel em: < http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arquivos/conhecimento/visao/Visao_91.pdf> Acesso em: 8 Ago. 2013, 16:30:30. Sobrinho, R. J. F., Alcntara, N. G., 2007. Anlise dos Ciclos Trmicos Obtidos na Zona Afetada Termicamente da Junta Soldada de um Ao de Alta Resistncia in Congresso de Pesquisa e Inovao da Rede Norte Nordeste de Educao Tecnolgica Joo Pessoa PB. Teng, T. L., Chang, P. H., Tseng, C. W., 2003 Effect of welding sequences on residual stresses Computers and Structures, Vol. 81, pp 273 286.

CILAMCE 2013Proceedings of the XXXIV Iberian Latin-American Congress on Computational Methods in EngineeringZ.J.G.N Del Prado (Editor), ABMEC, Pirenpolis, GO, Brazil, November 10-13, 2013CILAMCE 2013Proceedings of the XXXIV Iberian Latin-American Congress on Computational Methods in EngineeringZ.J.G.N Del Prado (Editor), ABMEC, Pirenpolis, GO, Brazil, November 10-13, 2013CILAMCE 2013Proceedings of the XXXIV Iberian Latin-American Congress on Computational Methods in EngineeringZ.J.G.N Del Prado (Editor), ABMEC, Pirenpolis, GO, Brazil, November 10-13, 2013