Fluxo de calor durante a soldagem. Capítulo 2 Fluxo de calor durante a soldagem.

Eficiência térmica ou Rendimento térmico ()

Rendimento térmico () O que provoca mudança no valor do rendimento térmico ()? Típicos valores de rendimento térmico “” para os processos de soldagem por fusão (Fonte: Messler, 2004). Causas da perda de energia da fonte de calor para a peça. Como conseqüência, o valor de “” muda para um mesmo processo e para diferentes processos de soldagem ao arco elétrico (Fonte: Messler, 2004) . Para um mesmo heat input, como o valor de “” muda em função do processo de soldagem (Fonte: ISF Aachen, 2005).

Rendimento térmico () em função da velocidade de soldagem

Eficiência de fusão Figure 2.9 Melting efficiency: (a) lower at lower heat input and welding speed; (b)higher at higher heat input and welding speed.

Distribuição da densidade de energia da fonte

Análise do fluxo de calor durante a soldagem

Análise do fluxo de calor durante a soldagem

Análise do fluxo de calor durante a soldagem

Análise do fluxo de calor durante a soldagem Considerações Fonte de calor (arco) com movimento constante ao longo de uma trajetória linear; Existência de transiente térmico (aquecimento antes de atingir o a condição de regime – quase-estacionário); Distribuição de temperatura estacionária na região de regime; O centro da fonte de calor é considerado como ponto de origem. Modelo físico proposto: ZTA Eletrodo ZF Arco W Poça Observações O arco provoca fusão localizada; Existência de perda de calor por convecção, radiação e condução (impacto sobre o valor do rendimento térmico “”); Formação de três regiões metalúrgicas distintas (ZF, ZTA e MB). Fonte: ASM Handbook, Vol 6.

Análise do fluxo de calor durante a soldagem

Análise do fluxo de calor durante a soldagem

Análise do fluxo de calor durante a soldagem

Ciclos térmicos e distribuição da temperatura x tempo

Ciclos térmicos e distribuição da temperatura x tempo

Efeito das propriedades do material e da Vs sobre a distribuição de temperatura Condições: Materiais – aço baixo-carbono; aço inoxidável 304 e alumínio Item Aço baixo-carbono 304 Alumínio Vs 1, 5 e 8 mm/s Difusividade térmica (a) 7,56 mm2/s 4,6 mm2/s 80 mm2/s Condutividade térmica (k) 50 W/m.K 26 W/m.K 347 W/m.K Q 4,2 kJ/s O que se observa? k  – poça (largura cordão)  k  – alongamento isotermas vs  – poça (largura cordão)  vs  – alongamento isotermas  vs = 1 mm/s vs = 5 mm/s vs = 8 mm/s k + - Fonte: ASM Handbook, Vol 6. vs + -

E como definir se a chapa é fina ou espessa? Aplicação tecnológica (soluções particulares) E como definir se a chapa é fina ou espessa? Usando o valor da espessura relativa da placa () como referência, ou seja: Fina –  < 0,75 (bidimensional) Espessa –  > 0,75 (tridimensional) Q Fonte: Kou, 1987 Onde: Tc – temperatura de interesse (°C); r – densidade (g/mm3); - condutividade térmica (J/mm.s.°C); Cp – calor específico do metal sólido (J/g.°C); Q (.I.U/vs) – calor aportado (J/s.mm); T0 – temperatura inicial do metal de base (°C).

Ciclos térmicos e distribuição da temperatura x tempo

Efeito dos parâmetros de soldagem – Poça fundida

Efeito dos parâmetros de soldagem – taxa de resfriamento

Efeito dos parâmetros de soldagem – taxa de resfriamento

Soldagem com feixe de elétrons (um passe) Distribuição do calor aportado (constrição do arco elétrico) Soldagem com feixe de elétrons (um passe) Fonte: ISF Aachen, 2005 Fonte: Kou, 2002 Conseqüência: - A concentração do calor aportado (constrição do arco) produz, para a mesma potência, cordões mais profundos e, em alguns casos, mais largos inicialmente, com estreitamento a medida que o calor é mais concentrado ; - Quanto maior o valor do comprimento do arco, maior será a perda de calor para a vizinhança e, como consequência, menor será o rendimento térmico. Efeito da densidade de potência sobre a geometria da poça (Fonte: Kou, 2002).