Dissertação
Termografia e problemas inversos aplicados na análise térmica do processo de soldagem TIG
Thermography and inverse problems applied in TIG welding thermal analysis
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Autor
Ameloti, Guilherme Barros
Institución
Resumen
In this work the TIG welding process of 304 stainless steel was approached numerically. An inverse problem
was solved to estimate the heat transfer rate and the thermal efficiency of the welding process based on
experimental temperatures measured by a thermographic camera. It was adopted a numerical model to solve the
three-dimensional transient heat diffusion equation with phase change and moving source. The model took into
account the dependence of thermal properties on the temperature and also the boundary conditions of heat loss
by convection. A two-dimensional constant speed moving heat source along the length was considered and its
geometry was defined by the gometrial appearance of the weld bead according to experimental data. The golden
section method was used to solve the inverse problem in order to minimize a least square error function defined
by the difference between experimental and calculated temperatures. The measurement of the experimental
temperature by thermography was assomplished by shooting the opposite face of welding sample. The technique
requires prior experimental camera calibration and digital correction of thermographic images. The results
were compared with experimental data and values obtained by other authors which confirmed the feasibility of
the technique in thermal analysis of welding processes. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Mestre em Engenharia Mecânica Neste trabalho, o processo de soldagem TIG de chapas de aço inoxidável da série 304 foi abordado
numericamente. A partir de temperaturas experimentais medidas por uma câmera termográfica, foi aplicado uma
técnica de problemas inversos para estimar a taxa de transferência de calor no modelo e, consequentemente,
calcular o rendimento térmico do processo. Adotou-se um modelo numérico capaz de resolver a equação
transiente tridimensional de difusão de calor com mudança de fase e fonte móvel. Considerou-se ainda a
dependência das propriedades térmicas com a temperatura e condições de contorno de perdas de calor por
convecção natural. A fonte de calor foi considerada bidimensional com velocidade constante ao longo de todo
comprimento útil e sua geometria foi definida pelo aspecto geométrico do cordão de solda. A técnica inversa
recorre ao método da secção áurea para solucionar o problema inverso, com a finalidade de minimizar a função
erro quadrática definida pela diferença entre as temperaturas experimentais e calculadas pelo modelo teórico. A
aquisição das temperaturas experimentais por termografia é realizada filmando a face oposta à da soldagem. A
técnica exige uma calibração experimental prévia da câmera e a retificação digital das imagens termográficas. Os
resultados obtidos foram comparados a dados experimentais e a valores obtidos por outros autores, o que
confirmou a viabilidade da técnica na análise térmica de processos de soldagem.