Análise Térmica e Microestrutural usando Problema Inverso não Linear e Método da Entalpia em Processo de Soldagem TIG.

Abstract

Apresenta-se neste trabalho uma metodologia alternativa para a análise térmica do processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) em uma liga de alumínio 6061 T5. Para isso, desenvolveu-se um código numérico em C++ baseado na equação da difusão tridimensional transiente com perdas de calor por convecção e radiação, além da presença de uma fonte de calor móvel, denominado de IHWP3D. Também utilizou-se o Método da Entalpia para modelagem da zona de fusão. A estimação do fluxo de calor aplicado à chapa foi realizada pela técnica de solução de problemas inversos BFGS (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno). A metodologia foi validada através da realização de experimentos controlados em laboratório. As amostras de alumínio foram suspensas no ar e submetidas a um fluxo de calor em uma superfície fornecido pela tocha do processo TIG. A tocha realiza um pequeno deslocamento na direção de maior comprimento da amostra simulando um processo real. Os sensores de temperatura foram fixados por descarga capacitiva na mesma superfície e na superfície oposta ao aquecimento. Quatro condições de polaridade positiva foram testadas com a finalidade de verificar a variação de temperatura em função da polaridade. Simulações numéricas foram realizadas através do programa IHWP3D. O software foi avaliado quanto a precisão dos resultados numéricos quando comparados com os experimentais. Também foram realizadas análises da variação do coeficiente de convecção natural com a temperatura. Apresenta-se também uma avaliação da taxa de resfriamento do processo por convecção e radiação. Determinou-se a troca de calor por radiação como sendo predominante enquanto a tocha de soldagem TIG está ligada. Correlacionou-se também a microestrutura encontrada em cada região da Zona Termicamente Afetada com a taxa de resfriamento do processo. O conjunto de resultados propostos bem como as análises de taxa de resfriamento e microstrutural comprova a versatilidade da metodologia desenvolvida para o estudo de processos de soldagem.