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

摘要

[SPA] 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 Basicpara Aplicaciones (VBA). Los experimentos modelizados a través de la aplicación numérica predicen el comportamientotérmico 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 proyectistapodrá calcular los ciclos térmicos del proceso y predecir el campo de temperaturas en las proximidades del cordón. [ENG]This work develops a finite difference method to evaluate the temperature field in the heat affected zone in butt welding applied to AISI 304 stainless steel thin sheet by GTAWprocess. A computer program has been developed and implemented by Visual Basic for Applications (VBA) in MS-Excel spreadsheet. The results that are obtained using the numerical application foresee the thermal behaviour of arc welding processes. An experimental methodology has been developed to validate the mathematical model that allows to measure the temperature in several points close to the weld bead. The methodology is applied to a stainless steel sheet with a thickness lower than 3 mm, although may be used for other steels and welding processes as MIG/MAG and SMAW. The data which has been obtained from the experimental procedure have been used to validate the results that have been calculated by the finite differences numerical method. The mathematical model adjustment has been carried out taking into account the experimental results. The differences found between the experimental and theoretical approaches are due to the convection and radiation heat losses, which have not been considered in the simulation model.With this simple model, the designer will be able to calculate the thermal cycles that take place in the process as well as to predict the temperature field in the proximity of the weld bead.