Resumo: Um desafio bem conhecido é prever as transformações que ocorrem durante a soldagem das ligas metálicas com o objetivo de controlar as propriedades da solda. Desta forma, este estudo apresenta um modelo Termo-Mecânico-Metalúrgico para predizer numericamente a história térmica, as transformações de fase no estado sólido, a microestrutura de solidificação e a distribuição de dureza durante e após a soldagem de aços de alta resistência e baixa liga. O modelo foi implementado numericamente em um código computacional próprio baseado no Método dos Volumes Finitos, o que permitiu rastrear e calcular dinamicamente as frações volumétricas de ferrita, perlita, bainita e martensita na zona afetada pelo calor, além da formação e determinação do espaçamento do braço dendrítico na zona de fusão, enquanto que a distribuição da dureza na zona afetada pelo calor foi calculada aplicando-se a regra da mistura de fases. Para tanto, soldas autógenas usando o processo Gas Tungsten Arc Welding de passe único foram simuladas numericamente e experimentalmente realizadas em amostras do aço de alta resistência e baixa liga AISI 4130, incluindo seu pré-aquecimento com o objetivo de avaliar a eficácia do modelo proposto para simular a soldagem de peças em diferentes condições térmicas iniciais, tendo sido obtida uma estreita concordância entre os resultados calculados e experimentais.

Abstract: A well-known challenge is to predict the transformations occurring during the metal alloys welding aiming to control the weldment properties. Thus, this study presents a Thermo-Mechanical-Metallurgical model to numerically predict the thermal history, the solid-state phase transformations, the solidification microstructure and the hardness distribution during and after the welding of high strength low-alloy steels. The model was numerically implemented in an in-house computational code based on the Finite Volume Method, which allowed to dynamically track and calculate the volume fractions of ferrite, pearlite, bainite and martensite at the heat-affected zone, besides the formation and determination of dendrite arm spacing at the fusion zone, whereas the hardness distribution at the heat-affected zone was calculated by applying the phase mixture rule. For this, single-pass autogenous Gas Tungsten Arc Welding welds were numerically simulated and experimentally carried out on high strength low-alloy AISI 4130 steel samples, including their preheating to evaluate the effectiveness of the proposed model to simulate the workpieces welding in different initial thermal conditions and a close agreement between the calculated and experimental results were obtained.

Resumo Este trabalho constitui um estudo dos vergalhões CA-50 da classe dos aços SAE 1026. Para um melhor controle das propriedades mecânicas da junta soldada foi realizado este estudo, o conhecimento de certas variáveis é de grande importância para encontrar os parâmetros ideais de soldagem, e os respectivos resultados microestruturais e consequentemente sobre as propriedades mecânicas da junta soldada. Para realização deste estudo foi realizado um estudo do material como recebido para a fixação de uma base sólida de comparação. Foi realizada a soldagem do material utilizando como gás de proteção argônio com 20% de dióxido de carbono, o arame utilizado foi o cobreado ER70S-6, as juntas soldadas foram do tipo transpasse com monitoramento de temperatura através de termopares para dois aportes térmicos distintos. Um código numérico computacional foi desenvolvido para simular os fenômenos que ocorrem no processo (gradiente de temperatura, transformações de fases, transferência de calor). As juntas soldadas não apresentaram martensita como fase frágil, o metal de solda apresentou estrutura dendrítica, a ZTA apresentou duas regiões distintas com tamanhos de grão diferentes tudo isso devido ao gradiente de temperatura, que também originou características distintas do cordão de solda, ZTA, fases formadas e tamanhos de grão distintos.

Abstract This work is a study of rebar CA-50 class of steels SAE 1026. To better control the mechanical properties of the weld was carried out this study, knowledge of certain variables is very important to find the optimal parameters of welding, and the results microstructure and therefore on the mechanical properties of the welded joint. For this study was conducted a study of the material as received for establishing a solid basis for comparison. Welding the material using argon as protective gas of 20% carbon dioxide was performed, the wire used was ER70S-6 coppered, welded joints were of the type with crossover temperature monitoring thermocouple through two distinct thermal contributions. A computational numerical code was developed to simulate the phenomena occurring in the process (temperature gradient, phase transformations, heat transfer). Welded joints did not show how fragile martensite phase, the weld metal showed dendritic structure, the ZTA presented two distinct regions with different grain sizes all this due to the temperature gradient, which also originated distinct characteristics of the weld bead, ZTA, stages formed and different grain sizes.