Avaliação da distribuição de calor de um processo de soldagem por pontos através do método dos elementos finitos

Abstract

O processo de soldagem por pontos é um dos tipos de soldagem por resistência elétrica, cujo princípio básico de funcionamento é o efeito Joule, no qual a resistência à passagem de corrente elétrica gera calor suficiente para unir as chapas. A soldagem por resistência é o processo mais utilizado na união de chapas de aço na indústria automobilística, com uma média de 2000 a 5000 pontos de solda na estrutura de um carro de passeio. Este trabalho tem como objetivo simular o processo de soldagem a resistência por pontos através do método dos elementos finitos para a determinação das curvas de ciclos térmicos e campos transientes de temperatura para analisar a distribuição de calor. O artigo apresenta incialmente uma explanação sobre os conceitos principais que influenciam nesse processo de soldagem assim como os princípios físicos relacionados. Para a análise da simulação computacional, foi utilizado o software ANSYS® Workbench 22.2, na versão estudantil, juntamente com a extensão Moving Heat Flux no qual o modelo matemático foi solucionado pela ferramenta do software chamada Transient Thermal. Foram consideradas perdas térmicas por condução, convecção e radiação. As geometrias utilizadas nas simulações são especificadas por literaturas e por norma. O material das chapas utilizado no referido trabalho é o aço SAE 1020 com espessura de 1 mm. O processo de simulação foi validado através de comparação com os resultados de um trabalho experimental na área, utilizando os mesmos parâmetros de corrente e tempo. Ao final do trabalho verificou-se que a simulação se mostrou muito eficaz e se assemelhou muito com os resultados experimentais. A simulação utilizando uma corrente de 9,2 kA e um tempo de duração da passagem da corrente de 0,28 s produziu uma solda ponto com uma lentilha de 4,2 mm de diâmetro, alcançando uma temperatura de fusão parcial no material de 1576,2 oC na região da lentilha. Esse resultado foi o que se mostrou mais compatível para a realização de uma solda ponto no material e dimensões considerados aqui e esses resultados de simulação convergiram para os resultados observados no trabalho adotado como referência. Adicionalmente foi possível obter computacionalmente curvas de ciclo térmico em diferentes pontos do material.