Estudo de tensões residuais em juntas soldadas utilizando o método dos elementos finitos

Abstract

This work aimed to study the residual stresses in a butt joint welded by submerged arc process (SAW). A finite element model was built with solid elements in ANSYS program, which was used in a transient thermal-structural analysis, with the purpose of obtaining the temperature history and residual stresses. The properties of the materials were considered as a function of temperature and the heat source was modeled using prescribed temperatures in nodes of the weld elements. Birth and death elements were used to simulate the metal deposition only in thermal analysis. The results of the thermal analysis were compared with a reference work, showing good agreement. It was found that the heat source model is directly related to the shape of the weld pool and the temperature gradients in the weld region and heat affected zone. The mechanical analysis was also compared with the results of a reference with a good agreement for the longitudinal elastic deformations (welding direction). The elastic deformations profile in transverse direction showed some agreement with the reference results but the absolute values showed great divergence

Este trabalho teve como proposta estudar as tensões residuais em uma junta de topo, soldada através do processo de arco submerso. Um modelo em elementos finitos do tipo sólido foi construído no programa ANSYS, o qual foi usado em uma análise térmica-estrutural transiente, com o objetivo de se obter o histórico de temperaturas e as tensões residuais. As propriedades dos materiais foram consideradas em função da temperatura e a fonte de calor foi modelada através de temperaturas prescritas nos nós dos elementos da solda. Utilizou-se elementos Birth and Death para simular a deposição do metal de adição somente na análise térmica. Os resultados da análise térmica foram comparados com um trabalho de referência, apresentando boa correlação. Verificou-se que o modelo da fonte de calor tem relação direta com o formato e tamanho da poça de fusão e com os gradientes de temperatura na região da solda e zona termicamente afetada. A análise mecânica também foi comparada com os resultados de uma referência, onde verificou-se boa concordância para as deformações elásticas longitudinais (direção da solda). O perfil das deformações na direção transversal apresentou certa concordância com os resultados da referência, porém, os valores absolutos mostraram grande divergência