Avaliação do Efeito do Aporte Térmico e da Taxa de Resfriamento da Soldagem de Topo de Trilho por Meio de Simulação pelo Método dos Elementos Finitos

Resumo

Simulações pelo método dos elementos finitos (MEF) foram realizadas para entender os efeitos das taxas de aquecimento/resfriamento na distribuição de tensões residuais. Dois parâmetros de material dos trilhos foram usados, enquanto as condições de contorno permaneceram constantes: tamanho da zona afetada pelo calor, temperatura máxima e taxa de extração de aquecimento. Para complementar a análise, foi realizada uma solda de topo por centelhamento de um trilho Premium com parâmetros de soldagem ajustado para obter uma baixa extensão de zona afetada pelo calor, sem resfriamento forçado, para examinar a microestrutura formada nas regiões críticas na alma e no extremo do patim. Os resultados mostraram que houve concentração de tensões residuais verticais na região da alma, enquanto a presença de tensão residual de compressão no sentido horizontal foi predominantemente superficial na região do trilho superior. Ao usar dois parâmetros de simulação de materiais semelhantes (trilhos), os resultados foram substancialmente diferentes. Os exames metalográficos mostraram que não havia presença de microconstituintes aciculares (martensita/bainita). Além disso, foi observada ferrita pro-eutetóide na região central, cementita em contorno de grão austenítico prévio na região próxima a A_C3 e esferoidização quase completa na região de sítio de esferoidização máxima da alma. Em contrapartida, na região do extremo do patim, apresentou microestrutura completamente perlítica na região central e próxima a A_C3 e menor volume de esferoidização na região de máxima esferoidização, provavelmente devido à maior taxa de resfriamento nesta região.

Palavras-chave:
Trilho; Soldagem; Flash-butt; FEM; Simulação; Tensões residuais