Modelo descritivo do fluxo de calor em soldagem a arco visando o conceito de calor imposto efetivo

Abstract

Resumo O objetivo do presente trabalho é propor um modelo global para descrever o fluxo de calor em soldagem a arco, visando o entendimento dos fenômenos relacionados com o fluxo de calor. A tentativa é suprir uma lacuna do conhecimento gerado entre a aplicação de modelos analíticos simplificados (não totalmente realistas) e de modelos numéricos (que mascaram a visão física dos fenômenos Palavras-chave: Calor imposto, fluxo de calor em soldagem, modelos. Abstract:. The objective of the present paper is to propose a global model for describing heat flow in arc welding, aiming the understanding of the phenomena involved. The attempt is to fill out a gap of knowledge which has been generated between the application of simplified analytical models (not totally realistic) and numerical models (that disguises the physics of the phenomena). Initially, a physic-oriented description of the reasons for welding arc voltage drop is presented. This description is based on the heat generation and its losses to maintain the balance between deionization and reionization, in contrast to the approach that the arc is comparable to an electrical resistor. Following, a descriptive model of the thermal subsistence of the arc is proposed to describe the heat transference from the arc to the plate. Then, a second descriptive model is proposed to explain how the heat enters, diffuses and leaves the workpiece during welding. Sequentially, it is discussed how the application of these two models in a global way allows to understand that not all the heat flow from the arc to the plate will affect the cooling rate of the heated parts. A proposal for applying the term Effective Heat Input to mean the heat parameter which is important to be determined in welding is put forward. Key-words: Heat input, heat flow in welding, models IntroduçãoPara quantificar ou qualificar os efeitos térmicos na soldagem a arco, encontram-se na literatura dois termos frequentemente usados. O primeiro é o calor imposto (correlacionado com o rendimento térmico) e o segundo, menos utilizado, é o calor de fusão, ou suas derivações, como calor efetivo de fusão (correlacionado com o rendimento de fusão). A norma da Sociedade Americana de Soldagem [1] define o calor imposto como a energia entregue para a peça. Este termo é muito aplicado, até em normas [2], para correlacionar os parâmetros de soldagem (energia de soldagem) com as alterações metalúrgicas e respectivas propriedades mecânicas decorrentes. O calor de fusão, por outro lado, é relacionado como a parcela do calor imposto na chapa que é efetivamente utilizado para fundir o material [3] (por isto algumas vezes relacionado como calor efetivo de fusão [4]), sendo de extrema importância do ponto de vista da capacidade de produção de um dado processo, pois é correlacionado com a eficiência do calor para formar um cordão de solda.Entretanto, muitas vezes esses termos são usados de formas muito simplistas na literatura (apenas tomando como base suas definições e não o significado físico dos mesmos), impedindo que os te...

Algumas equações úteis em soldagem

“…(1) (2) onde H é a energia de soldagem, em J/cm; V é a tensão de soldagem, em Volts; I é a corrente de soldagem, em Ampères; v é a velocidade de soldagem, em cm/s, H L é a energia líquida de soldagem, em J/cm e η é um fator adimensional de rendimento, que depende do processo, dos parâmetros de soldagem e de diversos outros aspectos, incluindo as propriedades físicas dos materiais e a geometria das peças [1]. Frequentemente, o uso da aproximação indicada na equação (1) é razoável.…”

“…Em algumas situações, contudo, como na soldagem com corrente pulsada, o erro de se considerar a potência média de soldagem como o produto VI pode levar a um erro superior a 10% no cálculo da energia de soldagem, pois está se substituindo, na equação (1), a média do produto da tensão e corrente de soldagem pelo produto de suas médias. Uma análise mais aprofundada dessa questão e uma discussão sobre o conceito de calor imposto podem ser encontradas na literatura, por exemplo, no trabalho de Scotti e colaboradores [2]. A Tabela 1 apresenta alguns valores para o rendimento térmico (h).…”

Influência da Vazão e Geometria da Região de Entrada Sobre a Eficiência Térmica Medida por um Calorímetro de Fluxo Contínuo de Água

“…Diferentes modelos para as perdas são encontrados na literatura com suas respectivas considerações e simplificações para permitir a melhor compreensão ou modelagem dos fenômenos. Segundo Scotti et al (2012), entre os fatores que influenciam o calor imposto efetivo na peça, estão a condutividade térmica, comprimento do arco, gás de proteção, energia de soldagem (parâmetros), formato da poça fundida e ressalta-se a espessura devido a sua importância na quantidade de calor que é difundida pela chapa. Nesse contexto, é inserido o coeficiente adimensional que representa a eficiência térmica do arco η a para cada processo de soldagem, cuja correta determinação é fundamental para o correto uso dos modelos de transferência de calor em soldagem, pois afeta diretamente a potência (η•U•I).…”

“…Conforme citado por Dupont e Marder (1995), a transferência de calor em um eletrodo consumível, que possibilita sua fusão, provém principalmente do aquecimento resistivo do eletrodo e da absorção de elétrons na ponta do eletrodo originados pelo arco elétrico. No modelo descritivo proposto por Scotti et al (2012) o fluxo de calor no processo GMAW ocorre de três maneiras principais: Primeiro, na conexão arco-peça em que o calor é transferido por condução para a peça gerando a poça de fusão, estima-se que mais de 80% de toda tensão do arco seja consumida na conexão entre arco-peça e arco-eletrodo. Segundo, através do calor carregado pelas gotas em transferência do eletrodo para a poça de fusão (metal de adição), onde uma porcentagem do calor é perdida para o ambiente como consequência da evaporação do metal e respingos.…”

Análise Numérica E Experimental De Tensões Residuais Em Juntas Soldadas De Aço De Baixo Carbono

“…Na Figura 27, também estão representadas as perdas que ocorrem por convecção e radiação e que podem ser avaliadas pelas Equações 33 e 34 [32]: …”