Solução analitica para distribuição de temperatura no processo de soldagem MIG com multiplos passes

Resumo: Embora o estudo da transferência de calor em soldagem esteja bastante difundido, a literatura é escassa no que diz respeito ao processo quando realizado com múltiplos passes, necessário para a soldagem de chapas grossas, que são normalmenteempregadas como componentes primários de estruturas soldadas. Devido aos rápidos ciclos de aquecimento e resmamento a que o material é submetido durante a soldagem com múltiplos passes, a zona afetada pelo calor ( ZAC ) sofre a ação de diferentes ciclostérmicos, que provocam alterações na sua microestrutura. É importante conhecer a distribuição e o histórico de temperatura na ZAC, porque as propriedades mecânicas da junta soldada dependem da microestrutura resultante desta região. Neste trabalho,desenvolvem-se modelos analíticos para a distribuição de temperatura no processo de soldagem com múltiplos passes, nas configurações de fluxo de calor uni e bidimensional. Os modelos permitem determinar a temperatura em qualquer posição e em qualquer instante de tempo. Permitem também obter o ciclo térmico numa dada posição, para qualquer passe de solda, podendo eliminar, em alguns casos, a necessidade do préaquecimento interpasse para o controle da microestrutura. Para a verificação dosmodelos, realizou-se a soldagem a topo de chapas de aço inoxidável AISI 304L, com dimensões 13x 100 x 200 mm, chanfro em "V', e três passes de solda depositados pelo processo MIG. O intervalo entre a realização dos passes foi igual a 60 segundos. Para aobtenção dos ciclos térmicos, utilizou-se um sistema de aquisição de dados acoplado a um microcomputador e termopares tipo R (Pt/Pt-Rh), inseridos em pequenos orificios dispostos na peça em três profundidades diferentes. Verificou-se uma boa concordânciaentre os ciclos térmicos teórico e experimental. Os modelos analíticos desenvolvidos permitem verificar a influência dos diversos parâmetros no processo de soldagem com múltiplos passes, através da variação destes parâmetros nas soluções obtidas. Alémdisso, são úteis como padrão de comparação para os métodos numéricos e experimentais,que sempre envolvem errosAbstract: Although heat transfer in welding is a fairly well studied topic, there is not much literature about multipass process, necessary for the welding of thick plates, which are generally used as primary components of weldments. During multipass welding process, the material undergoes quick cycles of heating and cooling, and the heat affected zone ( HAZ ) suffers the action of differents thermal cycles, which modify its microstructure. It is important to know the temperature distribution in the HAZ, because the mechanical properties of weldment will depend on the resulting microstructure in this region. In this work, analytical models were developed for the temperature distribution in multiple pass welding process, in the heat flow one-dimensional and two-dimensional. The models allow temperature determination at any position and time. They also allow determine the thermal cycle at any specified position, for any weld pass, which can avoid the need of interpass preheating for the microstructure controI. The models were verified through the butt welding of AISI 304L stainless steel plate, measuring 13 x 100 x 200 mm, "V"-bevel, and three passes ofweld deposited through GMAW. The interpass time was equal to 60 seconds. The thermal cycles were obtained by means of an acquisition system connected to a microcomputer and to thermocouples PtIPt-Rh, which were inserted in small holes arranged at three different depths. A good accord between thermal cycles theorectical and experimental was verified. The analytical models allow to verify theinfluence of the various parameters in the multipass welding process, through the changes of these parameters in the solutions obtained. Moreover, the models are useful as comparison standard for the numerical and experimental methods, which alwaysinvolve error