Simulação numérica de processo de solda por fricção entre dutos e flanges API de aço ASTM A36

Abstract

Este trabalho é sobre a modelagem numérica de um processo de solda por fricção entre dutos e flanges de aço ASTM A36 e a comparação de resultados numéricos e experimentais de temperatura. Para o modelo, foi utilizada uma análise termo-mecânica bidimensional com elementos axissimétricos que consideram deformações por torção, o que permitiu aplicar tensão cisalhante e utiliza-la diretamente na geração de calor. O fluxo de calor na interface de contato foi definido utilizando a lei de Coulomb limitada pela tensão cisalhante de escoamento do material variável pela temperatura. Um procedimento de refazer a malha periodicamente foi utilizado para comportar as grandes deformações envolvidas no processo. Três corpos de prova foram gerados experimentalmente no Laboratório de Metalurgia Física da UFRGS (LAMEF) com diferentes parâmetros de soldagem e suas aquisições de temperatura, obtidas em quatro pontos por amostra, foram comparadas aos dados obtidos com as rotinas de pós-processamento das simulações. O modelo proposto se mostrou capaz de simular os três casos estudados e gerar as curvas de temperatura, que apresentaram diferenças máximas entre 250ºC e 100ºC quando comparados valores de temperatura máxima numérico e experimental.

A numerical model was developed to simulate a friction welding process of ASTM A36 steel pipe and API flange for comparison of simulated results and experimental data. The thermal-mechanical bi-dimensional analysis, using axisymmetric elements accounting for twist, allowed the usage of shear stress and its use on the heat flux equations. The heat flux was defined using the Coulomb law limited by the temperature dependent shear yield strength. Due to the severe strains involved in the process, a periodical remesh procedure was used. Three specimens were welded at the Physical Metallurgy Laboratory of UFRGS (LAMEF) with different weld parameters. The temperature data obtained in four points per sample was compared to the data acquired with the post-processing routines simulated results. The model was able to simulate the process and generate temperature data, which differed from the experimental results by values between 250ºC and 100ºC when maximum temperature was compared.