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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States
Title: Desenvolvimento de um dispositivo para avaliação de geração de tensões em soldagem
Alternate title (s): Development of a device to evaluate welding stress generation
Author: Almeida, Daniel de
First Advisor: Scotti, Américo
First member of the Committee: Buschinelli, Augusto José de Almeida
Second member of the Committee: Ferraresi, Valtair Antônio
Summary: Um dos maiores problemas em operação de soldagem é a geração de tensões térmicas que podem se manifestar na forma de tensões internas, na forma de empenamento ou mesmo ruptura da junta. Este fato deve-se à utilização de uma fonte de calor para fundir ou coalescer os metais, o que implica numa difusão de calor por todas as direções. Deste modo, durante a soldagem ocorrem expansões e contrações térmicas nas regiões aquecidas, sendo parte delas restringidas pelas partes frias, gerando campo de tensões complexos. Estas tensões, denominadas de tensões residuais, permanecem após se completar a soldagem, podendo-se manifestar como redução das propriedades mecânicas. Desta forma, é necessário utilizar procedimentos (técnicas e parâmetros) adequados para obter soldagem com o nível de tensões o menor possível. A avaliação de tensões residuais em juntas soldadas é normalmente um processo complexo e de alto custo, por envolver pessoal especializado e equipamentos específicos. Uma solução viável, no entanto, podería ser a simulação das tensões geradas em corpos de prova. Para tentar superar o problema de avaliação do nível de tensões ocorridos em juntas soldadas, a proposta deste trabalho foi desenvolver um dispositivo para medir os níveis de tensões geradas em juntas soldadas, a partir de corpo de prova de pequenas dimensões. Tal dispositivo visa avaliar a eficiência de várias técnicas aplicadas na prática para redução de tensões, técnicas essas aplicadas principalmente em soldagem de manutenção. O dispositivo trata-se de uma “haste sensora” de esforços de tração/compreensão e flexão que permite determinar as resultantes de tensões geradas em um corpo de prova soldado, colocado sob restrição de movimento. O dispositivo foi inicialmente calibrado através de carregamento estático colocando-se uma célula de carga no lugar do corpo de prova, comparando-se as leituras da haste sensora com as da célula. Durante esta fase houve a necessidade de se reprojetar geometricamente a haste para evitar instabilidade de leitura. Após calibrado, o mesmo foi avaliado através de dois procedimentos de soldagem aplicados em corpos de prova. O primeiro com a variação da temperatura de pré-aquecimento na soldagem de passes de raiz e o segundo com a variação do número de passes para preencher o mesmo volume de solda. Os resultados obtidos demonstram que o dispositivo tem sensibilidade suficiente para diferenciar níveis de tensões geradas em cada caso.
Abstract: One of the largest problems in welding operations is the generation of thermal stress that appears in the form of residual stress, deformation or even joint collapse. This fact is due to the source of heat used to melt or to coalesce the metais, what implicates in a thermal diffusion for all directions. Consequently, during the welding, thermal expansions and contractions happen in the heated areas, and part of them is restrained by the cold parts, generating in a complex stress field during cooling. To minimize the generation of stress, the use of appropriate procedures (techniques and parameters) is demanded. The evaluation of the induced stress in welded joints is usually a complex process and highly cost, for involving specialized personnel and specific equipment. A viable solution, however, could be the simulation of the induced stress in proof specimens. To try overcoming the problem of stress evaluation in welded joints, in this work was proposed to develop a simple and economical device to measure the leveis of stress induced in welded joints, working with proof specimens of small dimensions. Such a device seeks to evaluate the efficiency of several techniques applied in practice for reduction of thermal stress, techniques that are usually applied in maintenance welding. The developed device is a “sensor bar” for both tension/compression and bending efforts, in which is possible to determine the resultant induced stress in a real welded specimens placed under movement restriction. The device was initially calibrated through static loading by placing a load-cell in the place of the specimens and by comparing the reading of the sensor with the ones from the cell. During this phase and in preliminary tests there was the need of redesigning geometrically the bar to avoid reading instability. After re-calibration, the sensor was evaluated through two welding procedures. The first one used variation of the pre-heating temperature in the welding of root passes and the second one employed variation of the number of passes to fill out the same volume of welds. A misbehavior of the bending stress in relation to the expected values was verified and, through Finite Element Analysis, the results were justified. The obtained results demonstrate that the device has enough sensibility to differentiate leveis of generated tensions in each case.
Keywords: Soldagem
Tensões residuais
Deformações
Análise de tensões
Welding
Residual stress
Deformation
Stress analysis
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: ALMEIDA, Daniel de. Desenvolvimento de um dispositivo para avaliação de geração de tensões em soldagem. 2000. 99 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2000.12
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2000.12
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27328
Date of defense: 2000
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