1. Introdução
A soldagem a laser representa um avanço tecnológico importante, mas traz desafios específicos quando aplicada a ligas de alumínio, como a UNS A96061. Entre os principais problemas estão a formação de descontinuidades, como porosidade, trincas e a possibilidade de baixa eficiência na união das peças. Esses desafios tornam fundamental a avaliação detalhada dos parâmetros do processo, buscando unir peças de forma eficaz e alcançar propriedades adequadas para exigências industriais.
Nesse contexto, a simulação CFD surge como uma ferramenta poderosa para explorar e entender a relação entre os parâmetros de soldagem e as características da junta soldada. O uso de simulações não apenas acelera o desenvolvimento de processos mais eficientes, mas também reduz custos experimentais, oferecendo outra perspectiva para a aplicação prática na indústria.
2. Descrição da análise
O estudo concentrou-se na simulação de soldagem de chapas sobrepostas da liga de alumínio UNS A96061, com o objetivo de investigar como a variação de parâmetros do processo influencia as propriedades da junta soldada. A simulação CFD foi realizada no FLOW-3D WELD, permitindo a análise detalhada de fenômenos físicos e metalúrgicos.
Foram utilizadas duas chapas com espessura de 1,2 mm cada, largura de 25 mm e comprimento de 100 mm, dispostas em sobreposição. O cordão de solda foi aplicado ao longo da largura de 25 mm.
O laser foi aplicado com potência de 1500 W, enquanto a velocidade de soldagem foi ajustada para 66 mm/s . O diametro da lente é de 30mm e o spot de 0,68 mm, com um comprimento focal de 158mm incidindo perpendicularmente sobre a superfície superior das chapas.
Além disso, foi usado o gás argônio como atmosfera de proteção, fornecido a uma velocidade de fluxo de 1 mm/s, para minimizar a oxidação e assegurar uma atmosfera controlada durante o processo. A análise incorporou modelos físicos detalhados, como transferência de calor, fluidodinâmica e modelagem da solidificação do metal fundido.
3. Modelos físicos
Utilizamos modelos físicos avançados para capturar com precisão os fenômenos envolvidos no processo de soldagem. O modelo de transferência de calor foi fundamental para mapear a distribuição térmica ao longo das chapas durante a aplicação do laser.
Além disso, a simulação incluiu o comportamento do material durante as mudanças de fase, permitindo a análise da transição entre os estados sólido e líquido e a consequente solidificação. Também foram incorporados modelos que avaliam as variações de densidade no fluxo do fluido, proporcionando uma compreensão detalhada dos movimentos e instabilidades dentro da poça de fusão.
Outros aspectos cruciais, como o impacto de forças gravitacionais e o uso de escalares para rastrear propriedades específicas do material, complementaram a análise, garantindo resultados mais robustos e alinhados com os comportamentos observados na prática.
O material utilizado para as chapas foi a liga de Alumínio 6061.
4. Resultados
Neste vídeo, apresentamos o processo de soldagem em uma vista isométrica, permitindo observar a interação do feixe de laser com as chapas sobrepostas. É possível visualizar a poça de fusão se formando e o material solidificando, destacando a distribuição térmica e o fluxo do fluido ao longo do cordão de solda.
Este vídeo mostra um corte longitudinal no centro da chapa, permitindo uma análise detalhada do que ocorre no interior da poça de fusão. A visualização destaca a profundidade da poça, a movimentação do material fundido e a distribuição de temperaturas ao longo do processo de soldagem.
Aqui, apresentamos uma combinação de corte 2D e vista superior, oferecendo uma perspectiva integrada da soldagem. O vídeo revela a propagação do calor na superfície das chapas, enquanto o corte expõe as características internas da poça de fusão, proporcionando uma visão abrangente da interação térmica e metalúrgica.
No último vídeo, utilizamos múltiplas seções transversais para explorar como o processo de soldagem se comporta em diferentes pontos do cordão de solda. Essa análise permite identificar variações na geometria da poça de fusão e possíveis irregularidades ao longo do comprimento da solda.
5. Agradecimentos
Este trabalho foi desenvolvido em parceria com o Felippe Bartalo, como parte de sua dissertação de mestrado no Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Utilizamos o FLOW-3D WELD para realizar as simulações e o FLOW-3D POST para analisar os resultados, contribuindo para uma compreensão mais aprofundada do processo de soldagem a laser em ligas de alumínio. Agradecemos a oportunidade de colaborar neste projeto e esperamos que os conhecimentos adquiridos possam agregar valor ao campo de pesquisa e à aplicação prática do tema.
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