Diferentes técnicas de modelado numérico para uniones por soldadura

Abstract

La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material, usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiéndolas, se puede agregar un material de aporte (metal o plástico), que al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar (el baño de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le denomina cordón. En la industria metalúrgica, el 90% de las estructuras armadas se unen con soldadura, de tal modo que el estudio de este proceso tiene gran importancia para las industrias. Las simulaciones numéricas basadas en el Método de los Elementos Finitos (MEF) son muy usadas como herramientas para la predicción de distorsiones y esfuerzos residuales tras un proceso de soldeo. Este trabajo presenta la metodología implementada en un análisis acoplado termo mecánico de 2 placas sobrepuestas de acero dulce. En la simulación se emplea un software comercial basado en MEF (Ansys). Se desarrolla la modelación 3D no lineal transitoria del proceso de soldadura. Durante la simulación térmica se utilizó el elemento SOLID70, se declararon las propiedades físicas termo dependientes y se indujo el flujo de calor volumétrico como carga al modelo y la convección como perdida de calor del sistema, además se declaró la temperatura ambiente y la temperatura de las placas antes de iniciar el proceso. La simulación estática estructura se llevó a cabo a partir del modelo generado en la corrida térmica, utilizando en este caso el elemento SOLID45. Se declararon las propiedades mecánicas termo dependientes del acero dulce y las respectivas restricciones, así como las cargas térmicas obtenidas del análisis térmico, obteniendo en este último, los esfuerzos residuales.