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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2018.tde-19092018-094750
Documento
Autor
Nome completo
Rubelmar Maia de Azevedo Cruz Neto
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Brandi, Sérgio Duarte (Presidente)
Ferreira, Dario Magno Batista
Modenesi, Paulo José
Oliveira Junior, Silvio de
Souza, Paulo Cézar Rioli Duarte de
Título em português
Taxa de resfriamento na soldagem: um novo entendimento.
Palavras-chave em português
Balanço de energia
Calorimetria com nitrogênio líquido
Metodologia de superfície de resposta
Nitrogênio
Soldagem a arco
Superfícies de resposta (Metodologia)
Taxa de resfriamento
Resumo em português
Desde meados do século XX, métodos analíticos, numéricos e experimentais foram utilizados para quantificar a eficiência térmica na soldagem a arco, isto é, a razão entre a energia do arco elétrico e a energia que é entregue ao material durante a soldagem. Conhecendo-se a eficiência térmica, as dimensões da chapa e as propriedades térmicas do metal de base, torna-se possível prever as taxas e tempos de resfriamento a partir de modelo analíticos. Consequentemente, permitindo a previsão das transformações de fase, garantindo que os valores das propriedades da junta soldada se enquadrem dentro de um intervalo desejado. Os modelos de previsão de taxa de resfriamento derivados a partir dos modelos analíticos de Rosenthal são validos apenas no regime quase estacionário. Todavia, estes modelos costumam ser utilizados com pouco critério, mesmo em situações em que este regime não é alcançado. Portanto, para o desenvolvimento de modelos mais precisos e acurados para previsões das taxas de resfriamento, torna-se necessário entender como os termos do balanço de energia se desenvolvem durante a soldagem, até atingir o regime quase estacionário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um entendimento mais abrangente dos fatores que impactam nos valores de taxas de resfriamento em juntas soldadas. Realizaram-se ensaios de calorimetria com nitrogênio líquido para diferentes tempos de soldagem, como também, foram coletados ciclos térmicos em diferentes posições ao longo do cordão, buscando entender como as variações no balanço de energia, ao longo da soldagem, impactam no material. A partir da Metodologia de Superfície de Resposta, foram obtidos os modelos empíricos da energia entregue ao material e da eficiência térmica do arco. Um novo entendimento acerca do balanço de energia na soldagem foi alcançado, servindo de base para o desenvolvimento e validação de um modelo preditivo de taxa de resfriamento, válido para diferentes condições de fluxo de energia no material.
Título em inglês
Cooling rate in the welding: a new understanding.
Palavras-chave em inglês
Cooling rate
Energy balance
Liquid nitrogen calorimetry
Response surface methodology
Thermal efficiency of arc welding
Resumo em inglês
Since the early 20th century, numerical and experimental methods have been used to quantify the thermal arc efficiency in welding, i.e., the ratio between the electric arc energy and the energy delivered to the material during welding. Knowing the thermal arc efficiency, the sample dimensions and the thermal properties of the base metal, it is possible to predict the cooling rates by analytical models. Consequently, allowing the prediction of phase transformations in the material, ensuring that values of welded joint properties are within a desired range. Cooling rate prediction models derived from Rosenthal's analytical models are valid only in quasi-stationary state. However, these models are used with little criterion, even in situations where this state is not achieved. Therefore, to development of more accurate and precise models for the prediction of cooling rate it become necessary to understand the evolution of the energy balance during the welding until the quasi-stationary state was reached. This work aims to develop a more comprehensive understanding of the factors that affect the cooling rate in welded joints. Calorimetry tests with liquid nitrogen were carried out for different welding times, and thermal cycles were collected at different positions along the weld bead, to understand how the variations in the energy balance during the welding affect the material. From the Response Surface Methodology, the empirical models of delivered energy and the thermal arc efficiency were obtained. A new understanding about the energy balance in the welding was found, that was used for the development and validation of a predictive model of cooling rate, valid for different condition of energy flow in the material.
 
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Data de Publicação
2018-09-19
 
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