Simulação do Processo de Soldagem Elétrica por Centelhamento de um Aço para Trilhos Ferroviários. Parte 2: Análise Dilatométrica e Numérica

Resumo: Trilhos longos soldados por centelhamento elétrico (Flash Butt Welding - FBW) apresentam características desejáveis do ponto de vista do comportamento dinâmico da via, no entanto, as soldas são regiões de descontinuidade estrutural e mecânica onde se originam tensões residuais, e que estão associadas a falhas prematuras por fadiga. Ensaios de dilatometria foram empregados para simular os efeitos do tamanho de grão austenítico sobre a evolução microestrutural pós-soldagem. Simulações numéricas termomecânicas, não-lineares, no domínio do tempo, pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), foram empregadas para avaliar os efeitos de modificações de parâmetros do processo de soldagem sobre as tensões residuais. Os resultados apresentados permitem compreender os mecanismos das alterações morfológicas da perlita na Zona Termicamente Afetada (ZTA) em termos de transformações de fases e podem ser utilizados para sistematicamente orientar mudanças nos parâmetros do processo ou controlar a taxa de resfriamento de modo a obter melhores condições metalúrgicas/mecânicas. Ademais, os resultados dos modelos numéricos mostram como a adoção de ZTA estreita influencia nas taxas de resfriamento e no desenvolvimento de tensões residuais em regiões críticas do componente. Abstract: Long rails, welded by the Flash-Butt Welding process present desirable characteristics concerning the dynamic behavior of the track, however flash-butt-welded joints are regions of structural and mechanical discontinuity where high residual stresses originate, and, consequently, premature-fatigue failures may take place. This paper employs dilatometric analysis to simulate the austenitic grain size effects on the postweld microstructural evolution. Finite Element Method (FEM) is used to carry out transient, physically non-linear thermo-mechanical analyses to evaluate the effects of the welding parameters on residual stresses. The results allow understanding the mechanisms associated with the morphological changes of the pearlite in the HAZ in terms of phase transformation and can be used to systematically guide changes in the process parameters or to control the cooling rate in order to obtain better metallurgical/mechanical conditions. In addition, from the results of the numerical models, it is demonstrated how the adoption of narrow HAZ influences cooling rates and the development of residual stresses in critical regions of the welded component.