O documento descreve uma pesquisa técnica sobre a influência da taxa de resfriamento nas propriedades mecânicas de cordões de solda realizados no aço SAE 4340 usando o processo GMAW. Os autores usaram simulações por elementos finitos para avaliar gradientes de temperatura e relacioná-los com resultados de microdureza. A pesquisa objetivou analisar como diferentes taxas de resfriamento afetam as propriedades mecânicas da solda.

1. Artigo Técnico
Avaliação da influência da Taxa de Resfriamento nas Propriedades
Mecânicas do Cordão de Solda Realizado pelo Processo GMAW no Aço
SAE 4340 pelo Método de Elementos Finitos.
(Evaluation of Cooling Rate Influence on Mechanical Properties of the Weld Bead Made
by GMAW Process on Steel SAE 4340 for the finite element method).
Artigo técnico em Engenharia Mecânica
Área de Concentração: Térmica e soldagem
Autores: Lucas Átila de Amorim, Helbert Goulart, Diego Corradi, André Marcelino
Belo Horizonte, Novembro de 2016
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XLII CONSOLDA – CONGRESSO NACIONAL DE SOLDAGEM
28 novembro a 30 de novembro de 2016
Belo Horizonte – MG

2. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
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Artigo técnico em Engenharia Mecânica
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 Introdução
 Objetivos
 Revisão Bibliográfica
 Metodologia
 Modelagem do Problema
 Resultados
 Conclusão

3. XLII CONSOLDA – CONGRESSO NACIONAL DE SOLDAGEM
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Introdução
 A indústria metalúrgica como outros segmentos utilizam cada
vez mais o método os elementos finitos para solução de
problemas e realização de testes e ensaios.
 A temperatura à qual o metal é aquecido, o tempo em que
ele é mantido sobre uma determinada temperatura e a taxa
de resfriamento são parâmetros que influenciam na
microestrutura do material.
 Hoje se tornou adequado a aplicação do Método de
Elementos Finitos (MEF) visando reduzir custos e tempo de
análise, além de obter resultados prévios para analises
térmicas nos processos de soldagem.
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.

4. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
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 Objetivos
 Introdução
 Revisão Bibliográfica
 Metodologia
 Modelagem do Problema
 Resultados
 Conclusão

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Objetivos
Objetivo Principal:
 Propor uma analise da taxa de resfriamento no perfil de microdureza de
um cordão de solda por meio da análise de elementos finitos, o gradiente
de temperatura será avaliado em um software de simulação.
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.

6. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
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 Introdução
 Objetivos
 Metodologia
 Resultados
 Conclusão

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Metodologia
Preparação das amostras para realização do cordão e as amostras após
o processo de soldagem.
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Amostras do aço SAE 4340 após processo de soldagem.
Posição de soldagem (plana), tartaruga
automatizada utilizada para realizar o
cordão de solda sobre a amostra com
velocidades variadas.

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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Seleção dos parâmetros.
Parâmetros utilizados no processo de soldagem.
Amostra
Tensão
(V)
Corrente de
soldagem (A)
Modo de
Transferência
Velocidade
(mm∕s)
Arame
eletrodo
Gás
de
proteção
Vazão
do Gás
(L∕mm)
B 30 227 Spray 3,84
AWSE0S
-6
15%
Ar, 85%
CO2
15
D 30 227 Spray 6,05
AWSE0S
-6
15%
Ar, 85%
CO2
15
G 30 227 Spray 9,19
AWSE0S
-6
15%
Ar, 85%
CO2
15
M 30 227 Spray 13,93
AWSE0S
-6
15%
Ar, 85%
CO2
15
K 30 227 Spray 12,15
AWSE0S
-6
15%
Ar, 85%
CO2
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Metodologia
Procedimento para realização das simulações nos
softwares.
 Equações de Rosenthal;
 rx=(y²+z²);
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SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Equação 1: Utilizada no software Excel.
Utilizada nos softwares Excel e Ansys.

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Metodologia
Preparação da amostra para realização da simulação no
software.
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SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Representação da amostra criada na plataforma do software Ansys

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Metodologia
Preparação da amostra para realização da simulação no
software.
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Representação da malha na plataforma "Model", no software Ansys, 2814510 nós e 1987734
elementos.

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Metodologia
Microdureza Vickers e Macrografia.
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Representação do método utilizado para realizar o ensaio de dureza Vickers,
esta imagem é a macrografia da amostra D.

13. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
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 Resultados
 Introdução
 Objetivos
 Metodologia
 Conclusão

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Resultado – Estudo físico
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SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Microdureza Vickers
Média da microdureza Vickers (HV) Desvio Padrão da microdureza Vickers (HV)
Região Região
Amostra
MB ZTA ZF MB ZTA ZF
B
254 483,33 339,38 50,92 28,92 124,91
D
292,33 650,4 368,2 14,36 62,26 35,82
G
279,33 683,66 429,83 19,01 41,40 67,88
M
315,33 710,14 558,68 7,77 44,04 43,89
K
304 712,33 534,25 3,0 124,65 69,24
Resultado do ensaio de microdureza Vickers.

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Resultado – Estudo físico
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Fotomicrografia da amostra B de um aço liga 4340 após ser
submetido a um processo de soldagem.
Fotomicrografia da amostra D de um aço liga 4340 após ser
submetido a um processo de soldagem.

16. XLII CONSOLDA – CONGRESSO NACIONAL DE SOLDAGEM
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Resultado – Estudo físico
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Fotomicrografia da amostra G de um aço liga 4340 após ser submetido a um processo
de soldagem.
Fotomicrografia da amostra K de um aço liga 4340 após ser submetido a um processo
de soldagem.

17. XLII CONSOLDA – CONGRESSO NACIONAL DE SOLDAGEM
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Resultado – Estudo Físico
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Fotomicrografia da amostra M de um aço liga 4340 após ser submetido a um processo
de soldagem.

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Resultado – Softwares Excel e Ansys
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SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Tempo de resfriamento (s) Temperatura de pico (°C)
Amostras ZTA MB ZTA MB
B 12 - 1300,2 579,0
D 10 - 914,4 577,1
G 8 - 1117,7 606,7
K 4 - 1362,7 462,7
M 2 - 1322,4 443,3
Tempo de resfriamento (s) Temperatura de pico (°C)
Amostras ZTA MB ZTA MB
B 12 - 1300,8 620,41
D 9 - 996,97 609,44
G 4,5 - 1118,2 594,96
K 2,5 - 1291,4 446,67
M 2 - 1243,6 443,92
Resultados da simulação no Excel.
Resultados da simulação no Ansys.

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Resultado – Softwares Excel e Ansys
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Ciclo térmico de soldagem gerado no Excel.

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Resultado – Softwares Excel e Ansys
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
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Ciclo térmico de soldagem gerado no Ansys.

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Resultado – Software Ansys
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AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RESFRIAMENTO NAS PROPRIEDADES MECÃNICAS DO CORDÃO DE
SOLDA REALIZADO PELO PROCESSO GMAW NO AÇO SAE 4340 PELO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
.
Transferência de calor por condução simulado no Ansys.

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 Conclusão
 Introdução
 Objetivos
 Metodologia
 Resultados

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Conclusão
 Conforme os resultados apresentados neste trabalho:
 A utilização do MEF se mostrou adequado para a realização de estudos e
análises térmicas no processo de soldagem GMAW, visto que os dados
obtidos por simulação e por experimentos práticos foram semelhantes.
 A partir do ensaio de microdureza Vickers, notou-se que a ZTA obteve
um ganho de dureza significativo em relação ao MB, isso se deve ao fato
de nessa região ter ocorrido uma transformação de fase martensítica.
 Tais resultados estão de acordo com os estimados pela simulação
numérica, visto que comparando os tempos de resfriamento com os
dados apresentados pelo diagrama TRC é previsto a formação de
martensita na ZTA.
 Com a metodologia desenvolvida nesse trabalho pode-se realizar uma
análise previamente a partir da simulação numérica.
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24. XLII CONSOLDA – CONGRESSO NACIONAL DE SOLDAGEM
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Belo Horizonte – MG
Obrigado!
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