Predicción del tamaño de las zonas de soldadura usando soldadura por fricción-agitación de punto de placas de acero inoxidable 304L mediante un modelo matemático basado en la metodología de superficie de respuesta

Resumen

Los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 son ampliamente utilizados en la industria debido a sus propiedades especiales. El alto calor aplicado en la soldadura por fusión reduce las propiedades de estos aceros y causa muchos problemas. Por esta razón, la soldadura por fricción-agitación de punto, que es un tipo de soldadura en estado sólido, es útil y se utiliza ampliamente en las industrias de alta tecnología. En este trabajo, se desarrolla un modelo de elementos finitos explícito y dinámico en 3D para simular la soldadura por fricción-agitación de punto de placas de acero inoxidable 304L. Utilizando este modelo, se obtienen la distribución de la temperatura y el tamaño de las zonas de soldadura (espesor de las zonas de soldadura). A continuación, mediante un estudio experimental, se obtienen los resultados de la temperatura y el tamaño de las zonas de soldadura para que sirvan de criterio de comparación y validación de los resultados numéricos. La microestructura y la dureza de estas zonas se determinan experimentalmente. Por último, se propone un modelo matemático basado en la metodología de superficie de respuesta para predecir el tamaño de las zonas de soldadura. Se observa una buena correlación entre los resultados numéricos que arroja la simulación por elementos finitos, el modelo propuesto y los datos experimentales. Los resultados muestran que el nivel máximo de temperatura aparece en la zona de agitación y se reduce al alejarse del centro de la soldadura. Asimismo, al aumentar la velocidad de giro, la profundidad de penetración y el tiempo de permanencia de la herramienta, el tamaño tanto de la zona de agitación como de la zona afectada por el calor aumenta hasta alcanzar un valor máximo y, a continuación, disminuye el tamaño de esta última zona.