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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-15122020-130129
Document
Author
Full name
Luiz Felipe Bauri
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Goldenstein, Helio (President)
Alves, Luiz Henrique Dias
Sinatora, Amilton
Title in Portuguese
Soldagem de topo com centelhamento de trilhos ferroviários: caracterização microestrutural, propriedades mecânicas e desgaste.
Keywords in Portuguese
Calor
Desgaste
Propriedades dos materiais
Propriedades mecânicas
Trilhos. Soldagem
Zona Afetada pelo Calor (ZAC)
Abstract in Portuguese
De modo geral, as ferrovias para transporte de carga pesada no Brasil têm sido submetidas a condições operacionais que solicitam melhores desempenhos dos materiais, ao passo que a velocidade de operação da via e a quantidade de cargas crescem para atender o aumento da demanda por transportes. Atualmente a maior parte da via tem seus trilhos soldados. Entre os processos de soldagem existentes destaca-se a soldagem de topo com centelhamento, devido à melhor qualidade da junta soldada obtida. Entretanto, as propriedades dos trilhos podem ser comprometidas por erros na parametrização do processo de soldagem acarretando o surgimento de heterogeneidades e defeitos na junta soldada, em particular na Zona Afetada pelo Calor (ZAC). Relatos de experimentos através da dilatometria para simular a região da ZAC e as suas propriedades foram publicados recentemente, no entanto, existe uma carência de estudos mais detalhados dos efeitos das variáveis do processo de soldagem na microestrutura dos trilhos. Com este objetivo, foi elaborada uma matriz experimental, alterando quatro variáveis do processo da soldagem de topo com centelhamento (corrente de pulso, quantidade de pulsos, força de recalque e carbono equivalente) em trilhos ferroviários das classes Premium e Super Premium. O planejamento experimental gerou oito condições de soldagem. Os resultados obtidos permitiram entender a relação entre a microestrutura e os mapas de microdureza na seção longitudinal da junta soldada. Os ensaios de tração mostraram que a condição de soldagem com o maior aporte térmico apresentou mais baixo limite de escoamento e limite de resistência à tração. As análises das fraturas obtidas pelo ensaio de tração mostraram que os trilhos da classe Premium apresentaram fratura dúctil com dupla-estricção na região de austenitização parcial. Enquanto que os trilhos Super Premium apresentaram fratura frágil, com exceção da condição de soldagem mais extrema. Os ensaios de desgaste por deslizamento mostraram que a região de austenitização parcial apresentou maior perda de massa em relação as outrasregiões, sendo está a região mais afetada da solda. Em suma, as condições de soldagem com mais baixo aporte térmico apresentaram os melhores comportamentos para aplicações ferroviárias.
Title in English
Flash butt welding in railway tracks: microstructural characterization, mechanical properties and sliding wear
Keywords in English
Flash Butt Welding (FBW)
Heat Affected Zone (HAZ)
Mechanical properties
Rails premium and super premium
Wear
Abstract in English
In general, heavy haul railways in Brazil have been subjected to operating conditions that demand better performance of the materials, as the speed of operation and the loads increase to comply with the increasing demand for transportation. For joining the rails, the Flash Butt Welding (FBW) process stands out, due to the better quality obtained on the welded joints. However, the properties of the steels may be compromised, because to the undue parameterization of the process introducing weld joint defects and heterogeneities, particularly in the Heat-Affected Zone (HAZ). Experimental reports using dilatometry to simulate the HAZ region and its properties have been published recently, however, there is a lack of detailed studies of the effects of welding parameters in the microstructure of rails. In this work, an experimental matrix was proposed, which aimed to study four parameters of the FBW process (pulse current, number of pulses, upsetting force and carbon equivalent) in both Premium and Super Premium rail steels. The matrix generated eight welding conditions. The results made it possible to understand the relationship between the microstructure and the microhardness maps on the longitudinal section of the welded joint. Tensile tests showed that the welding condition that corresponds the highest heat input presented the lowest yield strength and ultimate tensile strength. Fracture analysis of Premium rails showed ductile fracture, with double-necking in the partial austenitization region, while Super Premium rails showed brittle fracture, except for the more extreme welding condition. Sliding wear tests showed that the partial austenitization region presented more larger loss of mass in relation to the other regions, being the region most affected. In summary, the welding conditions with the lowest heat input showed the best behavior for railroad applications.
 
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Publishing Date
2020-12-15
 
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