Modelo matemático para el análisis del comportamiento térmico en el proceso de soldadura de un acero estructural mediante un software con base en el método de elementos finitos

Abstract

Introducción: Un proceso de soldadura para unir dos piezas de trabajo con la presencia de un arco eléctrico está ligado a un sistema dinámico representado por la interacción de dos ecuaciones de gobierno. Objetivos: el objetivo general de esta investigación fue desarrollar un modelo matemático para el análisis del comportamiento térmico en el proceso de soldadura por arco eléctrico GMAW de un acero estructural. Metodología: haciéndose una investigación del tipo propositiva descriptiva, con un alcance descriptivo, un enfoque cuantitativo, Por otro lado, se utilizó la metodología de la simulación numérica con la técnica del Método de los Elementos Finitos (MEF) y el instrumento principal que se manejó para procesar toda la información recopilada fue un software CAE (Computer Aided Engineering). Resultados: se encontró las soluciones aproximadas de la interacción de la ecuación diferencial parcial (EDP) de conducción de calor y la ecuación de la fuente móvil de Goldak, con el fin que se dio a conocer una propuesta que terminó con la parte analítica, descriptiva de la temperatura máxima del arco eléctrico, las curvas isotérmicas y la Zona Afectada Térmicamente (ZAT) de una probeta virtual para un tiempo determinado. Para la validación teórica del modelo propuesto se utilizó otro software CAE. Conclusiones: se concluye que el modelo matemático desarrollado es eficiente y válido ya que para un tiempo específico se obtuvieron los errores relativos de 2,43 % y 1,01 % al comparar las temperaturas máximas del cordón y la longitud útil de la ZAT respectivamente.

Numerical simulations and mathematical models in laser welding: a review based on physics and heat source models

“…As long as the temperature field in the melt pool, melting zone, heat affected zone, and weld pool is impossible to obtain in experiments, it will be necessary to use the heat source models to determine the temperature profile. Therefore, it does not matter that the Goldak model has been used by many authors since 1984 (Xu et al, 2011;De Freitas Teixeira et al, 2014;Nezamdost et al, 2016;Chen et al, 2018;Nguyen and Chujutalli, 2021;Kiran et al, 2022;Villacís Ramón and Yaulema Castaneda, 2022). This model, with a double Gaussian ellipsoid distribution, is the one that best fits the weld pool.…”