Comparação dos métodos de análise de deslocamento por escaneamento a laser e por elementos finitos de perfis de aço estrutural soldados

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Pereira, Josemairon Prado
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: MEF; Soldagem MAG; Ciclo térmico; Distorção; Tensão Residual; FEM; MAG welding; Thermal cycle; Distortion; Residual Stress
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/253439

Dentre os fatores inerentes ao processo fabril, duas variáveis significativas influenciam a qualidade do cordão de solda, na fabricação e montagem das estruturas metálicas e precisam manter baixa variabilidade com limites confiáveis: a distorção e a tensão residual. Assim, este trabalho focaliza o mapeamento dessas distorções e as tensões residuais oriundas do processo de soldagem MAG e causadas pela fonte de calor. Para isso, é importante ter um método de escaneamento a laser, para analisar o comportamento do aço estrutural, mediante a aplicação da soldagem, este método foi validado através do método de elementos finitos, simulando a situação real, isso permitirá assegurar a qualidade fabril necessária. Diante disso, os perfis de aço ASTM A36 na chapa dobrada tipo U 100 x 50 x 3,04 mm e U 100 x 50 x 2,65 mm, conformados no aço ARBL CSN Civil 300, foram submetidos ao processo de soldagem e o sistema acoplado ao braço robótico Motoman UP6, usando quatro tipos de juntas experimentais com e sem ponteamentos, dois tipos de arame-eletrodos, AWS ER70S-3 e AWS ER70S-6, proteção gasosa de 75% Ar - 25% CO2 e parâmetros de soldagem que mantêm a mesma corrente. A metodologia apresentada baseia-se no escaneamento a laser instantâneo das peças a serem unidas com sobreposição de nuvem de pontos, no mesmo referencial, assessorado pelo método de elementos finitos, com o software ANSYS 2021.R2, realizando a análise matemática tridimensional. O método de escaneamento a laser avaliou diretamente a distorção no perfil dobrado e a modelagem da fonte de calor em movimento, validado pelo método de elementos finitos, considerando a dupla elipsoide de Goldak, mapeando a distribuição térmica e, consequentemente, as tensões residuais e distorções provenientes da ação do calor. Na sequência, com o auxílio de termopares, verificaram-se as temperaturas alcançadas na soldagem, as quais serviram de base para o método de elementos finitos e conferência do aporte térmico, que promovem as tensões residuais. Essas tensões devido à soldagem MAG foram medidas por equipamento de difração de raio-X, para validação do modelo por elementos finitos. Contudo, a fim de nortear as respostas do escaneamento a laser, os corpos de prova foram analisados quanto à macroestrutura, microdureza, aos resultados de teste a tração e da análise química. Os resultados obtidos com a validação do modelo numérico, através do procedimento experimental por XRD, permitiram visualizar o comportamento dessas tensões e sua origem próxima ao cordão de solda, em função da conformação sofrida. Com o processo de soldagem robotizado bem-sucedido, o escaneamento a laser foi eficaz na determinação da distorção apresentada pelos corpos de prova e validado pelo método dos elementos finitos, com alto grau de assertividade, resultando em um procedimento que pode prever as distorções também em outras condições, ou mesmo em novo procedimento de soldagem de maior penetração, assim como propiciar melhorias nas especificações de soldagem e na automação do processo de soldagem.