Estudio numérico y experimental del proceso de soldeo mig sobre la aleación 6063-t5 utilizando el método de taguchi"

Resumo

Los procesos de soldadura por arco eléctrico representan unas de las técnicas más utilizadas en los procesos de fabricación de componentes mecánicos en la industria moderna. Los procesos de soldeo por arco se han adaptado a las necesidades actuales, haciéndose un modo de fabricación flexible y versátil. Por este motivo, están fuertemente extendidos en sectores tan relevantes como la industria naval, petroquímica y militar. La automatización de los procesos de soldadura permite estudiar nuevos procedimientos de soldadura controlando sus variables, como por ejemplo, el caudal de gas o ángulo de inclinación del electrodo, obteniendo resultados que garanticen un comportamiento fiable con los parámetros de soldeo. Los resultados obtenidos numéricamente en el proceso de soldadura son validados experimentalmente. Los principales métodos numéricos más empleados en la actualidad son tres, método por diferencias finitas, métodos por elementos finitos y método por volúmenes finitos. El método numérico más empleado para el modelado de uniones soldadas, es el método por elementos finitos, debido a que presenta una buena adaptación a las condiciones geométricas y de contorno además de que existe una diversidad de programas comerciales que utilizan el método por elementos finitos como base de cálculo. Los más conocidos son ANSYS, ABAQUS, PATRAN-NASTRAN y SYSWELD, etc., son programas de carácter general adaptables a cualquier tipo problema físico. SYSWELD es un programa de cálculo especializado en uniones soldadas, estudiando cualquier tipo de proceso de soldeo. Existe una gran diversidad de publicaciones científicas que realizan simulaciones numéricas de uniones soldadas. La simulación es una aproximación numérica que simplifica el caso de estudio considerando únicamente aquellas variables que son más relevantes en el proceso, cuya finalidad es estudiar detalladamente el comportamiento del proceso. Este trabajo de investigación, presenta un estudio experimental de una unión soldada mediante el proceso MIG de la aleación de aluminio 6063-T5. El método numérico se valida experimentalmente aplicando el método de los elementos finitos con el programa de cálculo ANSYS. Además se realiza una optimización mediante el método de Taguchi de las variables de entrada en el proceso, precisando su influencia en los resultados experimentales y numéricos obtenidos. Los resultados experimentales obtenidos son: las curvas de enfriamiento, el tiempo crítico de enfriamiento t4/3, geometría del cordón, microdurezas obtenidas en la unión soldada, zona afectada térmicamente y metal base, dilución del proceso, áreas críticas intersecadas entre las curvas de enfriamiento y la curva TTP. Los resultados numéricos son: las curvas del ciclo térmico que representan tanto el calentamiento hasta alcanzar la temperatura máxima y un posterior enfriamiento. Se calcula el tiempo crítico de enfriamiento t4/3, se representa la geometría del cordón obtenida experimentalmente, rendimiento térmico del proceso. La zona afectada térmicamente se obtiene diferenciando las zonas que se encuentran a diferentes temperaturas, las áreas críticas intersecadas entre las curvas de enfriamiento y la curva TTP. La validación del método numérico se estudia a partir de la geometría del cordón, de las propiedades del metal base, del metal de aporte y de la caracterización de la fuente de calor aportada, sin considerar el ángulo del electrodo o el caudal de gas de protección. Los valores numéricos se aproximan un 90% a los valores experimentales obtenidos. Para finalizar el trabajo de investigación se ha realizado una optimización, con la aplicación del método de Taguchi, de los parámetros de soldeo con el objetivo de obtener una mejora sustancial en las propiedades mecánicas de las uniones metálicas de aluminio.