Modelação térmica e de tensões residuais de soldadura de metais duros

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Os metais duros (MD) são refractários, resistentes ao desgaste e de elevada dureza. Devido às suas excelentes propriedades, este materiais são usados principalmente como ferramentas de corte onde é requerida elevada resistência a altas temperaturas e ao desgaste. Usualmente só a parte activa da ferramenta é fabricada em metal duro. A ligação de MD a aços, para o fabrico de ferramentas, e as soldaduras entre MD, para o fabrico de formas mais complexas ou reparação de componentes, coloca várias dificuldades. O trabalho desenvolvido teve como objectivo principal a modelação do processo de soldadura por laser de Nd / YAG na ligação dissimilar de carbonetos de tungsténio WC-Co (K10 e K40)a aço (DIN EN 10083), assim como de soldaduras similares WC-Co (GD50), para determinar a influência dos parâmetros de soldadura nos perfis de temperaturas e de tensões residuais obtidos. Para tal criou-se um modelo numérico no programa de elementos finitos ANSYS, que se mostrou capaz de prever as dimensões das zonas fundidas (ZF), termicamente afectadas (ZTA) e das tensões residuais resultantes do processo de soldadura por laser. Os modelos numéricos bidimensionais considerados contemplaram as propriedades termoelasto-plásticas dos materiais em função da temperatura e a regra de endurecimento isotrópica bilinear associada ao critério de cedência de Von Mises. A simulação da fonte de calor considerada no modelo tridimensional apresentava uma distribuição gaussiana e foi simulado o movimento de translação contínuo. Os resultados das extensões das ZF e ZTA dos provetes dissimilares foram validados através de medições realizadas em microscopia óptica e electrónica comparadas com os valores calculados através do software usado. As modelações tridimensionais das tensões residuais revelaram-se bastante complexas exigindo tempos de cálculo extensos e capacidade computacional para além das disponíveis na FCT e no IST. Os resultados da modelação bidimensional das tensões residuais relativas às soldaduras dissimilares aço-MD foram comparadas com as medições realizadas por difracção de raios X no Departamento de Física da FCTUC e os resultados relativos às modelações tridimensionais foram comparados com medições efectuadas pelo método do “hole drilling” realizado na AIMEN em Espanha.