3.6 Simulação do Ciclo Térmico de Soldagem
3.6.2 Simulação Física do Ciclo Térmico de Soldagem e Desenvolvimento de Aços
A utilização de simulações físicas, ou melhor, termomecânicas dos ciclos térmicos de soldagem como uma das ferramentas para o desenvolvimento de novos produtos têm como principais objetivos a avaliação, quanto à soldabilidade, de novas composições químicas de aços. Apesar de a ZAC apresentar diferentes regiões, a região de grãos grosseiros (GGZAC) é, dentre as demais, a região de maior preocupação em termos de propriedades, principalmente a tenacidade e, portanto, é considerado como sendo a região que governa a soldabilidade de um componente soldado. A tenacidade da GGZAC é resultado da relação complexa entre microestrutura, efeitos de precipitação, formação do constituinte MA e do tamanho de grão. Todos esses fenômenos são controlados, além da composição química do material, pelo ciclo térmico de soldagem em que a GGZAC é submetido(13,41,56). Seguindo esse raciocínio, normalmente são empregadas duas
abordagens para a simulação física do ciclo térmico de soldagem:
• Uma comparação direta, onde são avaliadas as alterações microestruturais e de propriedades de impacto Charpy-V em CPs retirados de chapas de aços de diferentes composições químicas e submetidos às mesmas condições de simulação de forma a representar as condições de soldagem comumente utilizadas na aplicação de tais materiais. Os resultados são comparados e determinado, dessa forma, o “melhor” material para aquela aplicação específica, não sendo, de forma relevante, os resultados de tenacidade absolutos obtidos;
•
Uma segunda abordagem envolve o estudo do efeito de diferentes ciclos térmicos de soldagem na tenacidade Charpy-V, nas transformações microestruturais e nas propriedades em tração para um determinado aço. Nesse sentido, dependendo da classe de aço, basicamente, são realizadas duas técnicas:(i). A simulação de ciclos térmicos alterando a temperatura de pico e mantendo a velocidade de resfriamento entre 800 e 500°C, de modo a tentar replicar as diferentes regiões da ZAC produzidas com a aplicação de um nível especifico de aporte de calor, figura 3.32 (a). Dessa forma é possível avaliar o efeito de tais ciclos térmicos nas características/propriedades do material como, por exemplo, a variação dos valores de dureza em cada região, figura 3.32 (b).
(ii). A simulação de diversos aportes de calor através da variação das velocidades ou tempos de resfriamento entre 800 e 500°C, mantendo fixa a temperatura de pico na ordem de 1350°C, para reproduções de regiões de grãos grosseiros da ZAC. O objetivo, neste caso, é a determinação da faixa de aportes de calor que proporcione os melhores valores de tenacidade, conforme ilustrado na figura 3.33. Uma outra abordagem que pode ser utilizada é a realização de simulações na Gleeble® para avaliar o efeito da
aplicação de ciclos térmicos sucessíveis de forma a representar condições de soldagem de múltiplas deposições de passes de solda. Nesse caso, as temperaturas de pico do segundo ciclo são alteradas (de forma a reproduzir condições de reaquecimento intercrítico, subcrítico, etc.) e os tempos de resfriamento entre 800 e 500°C geralmente são semelhantes aos utilizados na simulações do primeiro ciclo, mas também podem ser alterados de forma a simulação a aplicação de um aporte térmico de soldagem diferente do utilizado inicialmente. Na figura 3.34 é apresentado os resultados de diferentes curvas de transição de corpos de prova Charpy-V de ZACs simuladas com aplicação de ciclos térmicos subsequentes.
(a) Simulação dos ciclos térmicos para diferêntes regiões da ZAC.
(b) Efeito dos diferentes ciclos térmicos simulados nos valores de dureza Vickers.
FIGURA 3.32 - Ilustração esquemática da simulação de diferentes regiões da ZAC via Gleeble®. Adaptado de Wang et al.(105).
FIGURA 3.33 - Ilustração esquemática da relação entre energia Charpy, dureza vickers e tratamento térmico pós soldagem (TTP°S) em função de diferentes velocidades de resfriamento simulados na Gleeble® de um aço estrutural C-Mn. Adaptado de Easterling(41). Ilustração: autor.
FIGURA 3.34 - Ilustração esquemática do efeito do reaquecimento da região de grãos
grosseiros da ZAC em diferentes temperaturas de pico e do tratamento térmico pós soldagem (TTP°S) em CPs simulados na Gleeble® de um aço temperado e revenido. Adaptado de Easterling(41).
De modo geral, os resultados de ensaios de impacto Charpy-V em corpos de prova simulados apresentam certa correlação com dados de tenacidade Charpy-V de juntas reais quando se pretende classificar um determinado grupo de aços tendo por base a tenacidade da ZAC. Porém, os resultados de tenacidade obtidos via simulação termomecânica são, na sua grande maioria, inferiores aos resultados observados em juntas soldadas reais indicando que existem outras variáveis, além da composição química, que exercem efeitos consideráveis na tenacidade da ZAC. Uma hipótese é com relação a extensão e homogeneidade das distintas regiões de uma ZAC real comparada com as ZACs simuladas.CPs de Charpy-V retirados de uma ZAC gerada por um processo de soldagem real, geralmente amostra distintas regiões ao longo do entalhe sendo os seus resultados de tenacidade influenciados por essa heterogeneidade microestrutural, conforme ilustrado anteriormente na figura 3.27. Tal fato não ocorre em CPs simulados, ou pelo menos não deveria, uma vez que o principal objetivo da simulação termomecânica é justamente avaliar a influência de uma dada região/microestrutura da ZAC na tenacidade do material. Apesar de certos desvios com relação a condições reais, a técnica de simulação de ciclos térmicos de soldagem tem sido utilizada por grandes empresas siderúrgicas ao longo dos anos como fundamental, tanto para o teste de novas composições químicas de aços como para a identificação de problemas associados à tenacidade de juntas soldadas de aços comercializados.