Simulação do Processo de Soldagem Elétrica por Centelhamento de um Aço para Trilhos Ferroviários. Parte 1: Análise de Tensões Residuais Via Elementos Finitos

Simulation of Flash-Butt Welding Process of a Railway Steel. Part 1: Residual Stress Analysis Via FEM

Resumo

Trilhos longos, soldados pelo processo Flash Butt Welding (FBW), são a realidade das ferrovias brasileiras de média e alta carga por eixo. Embora apresentem características desejáveis do ponto de vista do comportamento dinâmico da via, as soldas são regiões de descontinuidade estrutural e mecânica onde se originam tensões residuais, e que estão associadas a falhas prematuras por fadiga. Simulações numéricas termomecânicas, fisicamente não-lineares, no domínio do tempo, pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), foram empregadas para avaliar o desenvolvimento de tensões residuais originadas durante o processo de soldagem. Uma nova abordagem para a inclusão do aporte de calor envolvido no processo é proposta. Os resultados numéricos são comparados a medidas experimentais de tensões residuais superficiais e aspectos macrográficos das juntas, incluindo largura da Zona Termicamente Afetada (ZTA) e dados de taxas de resfriamento. Os resultados mostram boa correlação entre as análises numéricas e medidas experimentais de tensões residuais. Aspectos fundamentais relacionados ao desenvolvimento de tensões residuais são esclarecidos a partir da correlação entre análises numérica e experimental. Ademais, verifica-se que os modelos computacionais podem ser utilizados na previsão de pontos críticos para nucleação de trincas por fadiga e/ou avaliar efeitos de variáveis de processo sobre o campo de tensões residuais.

Palavras-chave:
Soldagem por centelhamento; Método dos Elementos Finitos; Metalurgia da soldagem; Tensões residuais