Simulação por E.F. de uma solda TIG longitudinal em um tubo de aço inoxidável AISI 304

Abstract

Foi realizado uma simulação computacional utilizando o método de elementos finitos para modelar o fluxo de calor presente no processo de soldagem TIG autógena em um tubo de aço inoxidável AISI 304, com dimensões de 200 mm x 66,66 mm x 60,66 mm, para seu comprimento, diâmetro externo e diâmetro interno, respectivamente. Foi utilizado a versão estudantil do software ANSYS® em conjunto com a extensão Moving Heat Flux para a modelagem da fonte de calor na superfície do tubo. Na simulação foram inseridas propriedades termofísicas (condutividade térmica, calor específico e densidade) do material variando com a temperatura levando em consideração uma análise térmica transiente de calor solucionada por um modelo matemático inserido ao ANSYS® denominado Transient Thermal. Todavia a simulação ainda necessita do fornecimento das perdas de calor durante o processo de soldagem, foram consideradas perdas por radiação, condução e convecção. Com o intuito de obter a distribuição de temperatura no material e as curvas de ciclo térmico em todos os pontos, contudo os pontos de maior relevância estão dispostos próximo ao cordão de solda. A validação do modelo foi feita com base em uma literatura que utilizou de termopares tipo k para fazer a medição de temperatura na superfície do material, as medições ocorreram em 3 mm, 8 mm, 13 mm, 18 mm e 23 mm de distância do cordão de solda. Comparando os resultados da simulação com os resultados experimentais da literatura de referência, é possível perceber que os valores do procedimento numérico convergiram com os valores do procedimento experimental. Com isso, foi possível concluir que com o modelo matemático para a resolução do problema, os parâmetros de soldagem e as condições de contorno adotadas, foi possível obter resultados de temperatura de pico de 452,15 °C a 3 mm do cordão de solda, 263,60 °C a 8 mm, 178 °C a 13 mm, 134,02 °C a 18 mm e 113,09 °C a 23 mm, bem próximos dos valores obtidos na literatura de referência, especialmente os resultados mais próximos do cordão.