Definição do melhor posicionamento de sensores de temperatura para determinação da fonte de calor no Processo de Soldagem por Fricção (FSW)

Abstract

Este trabalho tem como objetivo analisar alguns dos parâmetros térmicos envolvidos na soldagem por fricção (FSW), por meio do estudo do mecanismo de transferência de calor durante o processo, através de métodos numérico-computacionais (volumes finitos) para resolução das equações governantes. Partindo-se de um estudo de caso, em que se analisa a soldagem por fricção de duas placas de alumínio AA 2195-T8, objetivou-se determinar os melhores locais para o posicionamento de sensores de medição de temperatura na superfície das chapas, de forma a se determinar a taxa de calor gerada pela fricção da ferramenta e os coeficientes de transferência de calor. Utilizando-se do princípio de análise inversa, foram considerados como dados de entrada do problema as temperaturas “medidas” numericamente, e os dados de saída foram os parâmetros desejados, sendo o principal destes a fonte de calor. Assim, verificou-se que os resultados obtidos para a melhor configuração de sensores tiveram erros na análise inversa de apenas 0,4%, sendo estes dispostos diagonalmente na superfície da placa. Para os casos com incertezas de medição, os erros em sua maioria foram de 10%. Ainda, averiguou-se que a sensibilidade de um conjunto não é o principal fator determinante no posicionamento dos sensores, e que este depende do gradiente de temperaturas imposto pela fonte de calor, representado pelo desvio das medidas.

This work aims at examining some of the thermal parameters involved in Friction Stir Welding (FSW), by studying the mechanism of heat transfer during the process, through numerical-computational methods (the finite volumes), for the solution of the governing equations. Starting from a study that examines friction stir welding of two aluminum plates AA 2195-T8, the objective was to determine the best locations for the placement of temperature sensors, on the surface of the plates, in order to determine the rate of heat generated by friction of the tool and also the value of some heat transfer coefficients. Using the principle of inverse analysis, the temperature numerically "measured" was considered the input data of the problem, and the output data were the desired parameters, where the main parameter is the heat source. It was found that the results obtained for the best configuration of sensors had errors of 0,4% in the inverse analysis, and these sensors were placed diagonally on the aluminum plate surface. For cases with measurement uncertainties, the errors were mostly 10%. Still, it was found that the sensitivity of a “group” is not the main factor to determine the placement of sensors, which also depends on the temperature gradient imposed by the heat source, represented by the deviation of the measurements.