Effect of Travel Speed in Arc Welding Processes using the Finite Element Method

Efecto de la velocidad de avance en procesos de soldadura por arco eléctrico usando el método de elementos finitos

La soldadura es un proceso de unión de elementos comúnmente encontrado a nivel industrial donde uno de los tipos de mayor uso es el de arco eléctrico. Para su correcta aplicación se deben tener en cuenta variables como tipo de electrodo, amperaje, voltaje,velocidad de avance, polaridad, tipo de junta, entre otras. En este trabajo se evaluó el efecto de la velocidad de avance, la cual repercute directamente en el modo de transferencia de metal y en la morfología del cordón de soldadura, por lo tanto, se debedefinir correctamente con el fin de lograr satisfactoriamente la unión de los materiales. Para determinar su efecto se calculó el perfiltérmico en una placa mediante un software de elementos finitos. Los valores de velocidad empleados se tomaron de especificaciones recomendadas por proveedores industriales de consumibles de soldadura. Además, la simulación se realizó para una junta a tope,donde se asumió que la energía aplicada sobre el metal era uniforme y constante sobre un área circular.

1. INTRODUCCIÓN

La velocidad de desplazamiento es una de las variables a considerar para la correcta aplicación de la soldadura. Uno de los parámetros que se ve afectado es la microestructura de la zona de fusión, que se estudió en una aleación de aluminio AA6061 unida mediante un haz láser. Se demostró que las altas velocidades de desplazamiento producían ondulaciones en forma de V y una cantidad significativa de nucleación heterogénea en la dirección axial [1]. Otra propiedad afectada es la microdureza, donde un análisis sobre uniones soldadas por láser para la aleación de titanio Ti6Al4V expuso que es mayor a medida que aumenta la velocidad de soldadura [2]. Otro efecto encontrado es que el comportamiento frente a la corrosión en uniones disimilares soldadas por arco metálico con gas de AISI 304 mejora a medida que disminuyen los valores de velocidad [3]. El estudio de la corrosión es relevante para determinar el rendimiento de la soldadura ya que puede ser la principal causa de fallo en algunas aplicaciones [4]. En cuanto a los parámetros del cordón de soldadura, se ha observado una reducción de la anchura del cordón, de la altura del cordón y de la penetración cuando se aumenta la velocidad de la soldadura por arco metálico con gas del SS409L [5].

Los ensayos experimentales son caros y requieren mucho tiempo [6, 7], por lo que se puede optar por el modelado computacional para considerar los efectos de la soldadura. Puede realizarse mediante dos enfoques diferentes, analítico y numérico. El enfoque analítico suele realizarse utilizando la ecuación de Rosenthal, sin embargo, este método induce algunos errores en los resultados ya que se desprecian las pérdidas térmicas y el calor latente [8].