Desarrollo de un modelo matemático de diferencias finitas para el análisis del campo de temperaturas en la soldadura por arco de chapas finas de acero inoxidable

E. J. Martínez-Conesa; M. Estrems; V. Miguel

doi:10.3989/revmetalmadrid.1021

Autores/as

E. J. Martínez-Conesa Departamento Arquitectura y Tecnología de la Edificación, Escuela de Arquitectura e Ingeniería de la Edificación
M. Estrems Departamento Arquitectura y Tecnología de la Edificación, Escuela de Arquitectura e Ingeniería de la Edificación
V. Miguel Departamento de Mecánica Aplicada e Ing. de Proyectos, Escuela de Ingenieros Industriales de UCLM

DOI:

https://doi.org/10.3989/revmetalmadrid.1021

Palabras clave:

Simulación numérica del campo de temperaturas, Soldadura por arco, Método de diferencias finitas, Medida de temperaturas, Zona afectada por el calor

Resumen

En este trabajo se desarrolla un método de diferencias finitas para calcular el campo de temperaturas en la zona afectada por el calor en la soldadura de dos chapas de acero inoxidable AISI 304, soldadas mediante el procedimiento GTAW. Se ha desarrollado un programa informático implementado en libros de cálculo MS-Excel con Visual Basic para Aplicaciones (VBA). Los experimentos modelizados a través de la aplicación numérica predicen el comportamiento térmico de un procedimiento de soldadura. Para la validación del modelo matemático se ha desarrollado un procedimiento experimental para medir el campo de temperaturas en la zona cercana al cordón de soldadura de un acero inoxidable de espesor inferior a 3 mm. Este procedimiento experimental se puede utilizar para otros tipos de metales y aleaciones y para otros procedimientos de soldadura por arco eléctrico como elMIG/MAG, SMAWy FCAW. Los datos obtenidos con estos ensayos se han utilizado para validar el cálculo del campo de temperaturas mediante la aplicación numérica de diferencias finitas. Con estos experimentos se ha realizado el ajuste del modelo matemático, y las diferencias que existen entre las curvas experimentales y teóricas son debidas a las pérdidas de calor por convección y radiación, que no se han estimado en el modelo de simulación. Con este sencillo modelo el proyectista podrá calcular los ciclos térmicos del proceso y predecir el campo de temperaturas en las proximidades del cordón.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

[1] D. Rosenthal, Transactions ASME, 68 (1946) 849-1.946.

[2] D. Rosenthal, Weld. J. 20 (1941) 220-234.

[3] J.C. Suárez, Tesis Doctoral, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, 1990.

[4] J.C. Suárez, E. Carrillo, and F. Molleda, Rev. Metal. Madrid 21 (1991) 65-72.

[5] J. C. Suárez, F. Molleda, and J. M. Gomez de Salazar, Mater. Charact. 28 (1992) 3-13. doi:10.1016/1044-5803(92)90024-C

[6] N.T. Nguyen, A. Ohta, K.Matsuoka, N. Suzuki, and Y. Maeda, Weld. J. 78 (1999) 265-274.

[7] N.T. Nguyen, Y. W. Mai, S. Simpson, and A. Ohta, Weld. J. 83 (2004) 82-93.

[8] J. Goldak, A. Chakravarti, and M. Bibby, Metall. Trans. B-Process Metallurgy, 15 (1984) 299-305. doi:10.1007/BF02667333

[9] J. Goldak, M. Bibby, J. Moore, R. House, and B. Patel,Metall. Trans. B-ProcessMetallurgy, 17 (1986) 587-600.

[10] J. A. Goldak, Computational Welding Mechanics, 1ª Ed. Springer, 2005.

[11] F.G. Lu, S. Yao, S.N. Lou, and Y.B. Li, Comp. Mater. Sci. 29 (2004) 371-378. doi:10.1016/j.commatsci.2003.10.009

[12] T. Deb-Roy, J. Szekely, and T.W. Eagar, Mater. Sci. Eng. 56 (1982) 181-193. doi:10.1016/0025-5416(82)90171-9

[13] D. Alcaraz, F. Alhama, and J. A.Moreno, Rev. Metal. Madrid 41 (2005) 299-303 .

[14] F. Alhama, D. Alcaraz, and C.F. Gonzalez- Fernández, Rev. Metal. Madrid 41 (2005) 304-308.

[15] G. Di Caprio, Los aceros inoxidables, 2ª Ed. Grupinox, Milano, Italy, 1999.

[16] J. Crank and P. Nicolson, Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 43 (1947) 50-67. doi:10.1017/S0305004100023197

[17] V. Miguel, E.J. Martínez-Conesa, and M. Estrems, XII Congreso Internacional de Ingeniería de Proyectos, Vol. 1, Zaragoza, España, 2008, pp. 245-255.

[18] V. Miguel, A. Martinez, M. C. Manjabacas, J. Coello, and A. Calatayud, AIP Conference Proceedings, 1.181, EE.UU., 2009, pp. 170-179.