[pt] A soldagem é o principal processo de união de componentes estruturais, sendo aplicado em larga escala na indústria. No entanto os ciclos térmicos existentes na soldagem geram nos componentes tensões e deformações residuais, que agem como solicitações pré-existentes, podendo ocasionar a falha prematura dos mesmos. As metodologias existentes para previsão das tensões residuais apenas quantificam conservadoramente esses esforços em um número limitado de geometrias. Nesse trabalho foi desenvolvida uma metodologia numérica usando o método de elementos finitos para a simulação da soldagem de componentes, com foco nas tensões, deformações e distorções causadas durante o processo. Os modelos estudados trataram da união de elementos planos, como chapas e painéis, da fabricação de elementos tubulares, como de dutos e de sua montagem em campo, e da união por soldagem das partes de um vaso de pressão. Foi estudada a influência de diversos parâmetros no comportamento da estrutura como: número de passes, velocidade de soldagem, comportamento do material, e influência do tratamento mecânico de alívio de tensões por meio da simulação de testes hidrostáticos aplicados aos componentes tubulares e ao vaso de pressão. No caso das placas unidas pela soldagem e dos tubos fabricados por este processo, a validade dos resultados obtidos foi feita por meio de medições experimentais realizadas com as técnicas de furo cego, corte elíptico e difração de raios X. Verificou-se uma boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais, onde foi possível a obtenção de resultados experimentais para comparação. As simulações apontaram nos espécimes altos valores de tensões residuais, por vezes da ordem do limite de escoamento do material, sendo observada tração na região do cordão de solda e compressão em sua adjacência. Esse resultado é esperado uma vez que no cordão de solda são localizados os maiores gradientes de temperatura e as maiores restrições à expansão volumétrica. As simulações mostraram que a aplicação de um teste hidrostático tem como efeito benéfico para o componente a redistribuição das tensões residuais, com consequente diminuição das tensões residuais trativas nos cordões de solda. O grau do alívio das tensões é influenciado pelo valor da pressão de teste; sendo que, em geral, verificou-se que tanto maior a pressão de teste, tanto maior a redistribuição de tensões. / [en] Welding is the main process to join structural components, being applied on a large scale and helping to increase productivity. However, the weld thermal cycles generate residual stresses and deformation, which act as pre-existing loads, and may cause premature failure. Existing methods only conservatively quantify these efforts on a limited number of geometries. In this work a numerical methodology was developed using the finite element method to simulate welding components, focusing on the stress, strains and distortions caused by process. The models studied dealt with the joining of elements such as plates and panels, the manufacturing of tubular elements such as pipelines and their assembly in the field, and the union by welding of parts of a pressure vessel.To understand the behavior of the structure the influence of various parameters were studied such as: number of weld beads, welding speed, material behavior, and the influence of a stress relief mechanical treatment through the simulation of hydrostatic tests applied to the tubular components and to the pressure vessel. In the two cases of the plates joined by welding and the pipes manufactured by this process, the validation of the results was performed by experimental measurements conducted using the blind hole, elliptical cut and X-ray diffraction techniques. Good agreement between the numerical and experimental results were verified, when was possible the knowledge of experimental results for comparison. The simulations indicated values of residual stress, sometimes in the order of the yield strength of the material, being observed traction in the weld bead and compression in its vicinity. This result is expected since that in the weld bead are located the largest temperature gradients and major restrictions on volume expansion. The simulations showed that the application of a hydrostatic test induces a beneficial effect to the component redistribution of residual stress, with consequent reduction of the tensile residual stresses in the weld beads. The degree of relief of tensile stress is influenced by the test pressure value; and, in general, it was found that the greater the test pressure, the greater the stress redistribution.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-27T17:30:21Z No. of bitstreams: 1 JAILSON ALVES DA NÓBREGA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 8059019 bytes, checksum: 3342c79a6597e27674ae52970211493c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T17:30:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JAILSON ALVES DA NÓBREGA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 8059019 bytes, checksum: 3342c79a6597e27674ae52970211493c (MD5) Previous issue date: 2014-12-03 / Capes / Muitas são as variações metalúrgicas sofridas pelo material quando o mesmo é submetido a um ciclo térmico de soldagem, exercendo uma considerável influência sobre as suas propriedades mecânicas e mais especificamente sobre os níveis de tensões residuais. Na fase de projeto, uma dessas alternativas para a avaliação dos ciclos térmicos e tensões residuais de soldagem é o emprego de simulação via métodos computacionais. A partir disto, neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia numérica para determinar o campo de temperatura e tensões residuais transversais em juntas soldadas. As simulações numéricas foram realizadas por meio de um software comercial, ABAQUS®, baseado no Método de Elementos Finitos (MEF). Foram considerados fenômenos que fazem a modelagem matemática do processo de soldagem de forma a torná-la mais robusta. Foi utilizada a fonte de calor analítica proposta por Goldak, capaz de modelar a entrada de calor. Foram avaliados os parâmetros de entrada, tais como: Corrente, voltagem, velocidade de soldagem e temperatura inicial da chapa virtual. Para validação dos resultados térmicos, foi utilizada uma chapa virtual do aço API 5L X70 soldada pelo processo FCAW. Nas demais simulações térmicas e mecânicas foram utilizadas uma chapa virtual do aço API 5L X80 soldadas pelos processos GTAW e SMAW. Foi possível observar neste estudo a influência da temperatura de pré-aquecimento e de interpasse sobre os gradientes térmicos e ciclos térmicos na junta soldada, além das mudanças nos valores das temperaturas de pico e do tempo de resfriamento entre 800 e 500 °C (∆t8/5) quando avaliados em diferentes regiões da junta soldada. Com relação às tensões residuais transversais, verificaram-se mudanças no perfil destas tensões quando aplicado mais de um passe da soldagem virtual podendo o modelo servir de base para trabalhos futuros. / Many are the metallurgical variations suffered by the material when it is subjected to a weld thermal cycle, which promote a considerable influence on mechanical properties, and specifically on the welded joint residual stresses. In the project phase, one of these alternatives is the use of computational methods via simulation. So, in this work a numerical methodology to determine the temperature field and transverse residual stresses was developed. The numerical simulations were implemented using a commercial software ABAQUS® based on finite element method (FEM). In addition, a source of heat proposed by Goldak, able to model the heat input value was used. Input parameters, such as: Current, voltage, speed and initial temperature of the virtual plate were also evaluated. To validate the thermal results and the other thermal and mechanical simulations a virtual plate of API 5L X70 and API 5L X-80 steel welded by the FCAW and GTAW and SMAW processes respectively was used. The results showed that it was possible to evaluate the influence of preheat and interpass temperature on the weld thermal gradients and thermal cycling, as well as the change in peak temperature and cooling time between 800 and 500 (∆t8/5) values in different regions of the welded joint. In relation to the transverse residual stresses, it was showed that there were changes in its profile when it was applied more than one weld pass which can serve as base model for future work in this area.