Simulación computacional de la transferencia de calor en herramientas usadas en soldadura por fricción-agitación

Abstract

La soldadura por fricción-agitación es un proceso empleado para la unión de metales, principalmente de baja resistencia mecánica, como aleaciones de aluminio. Los estudios que involucran la herramienta usada en este proceso de soldadura, se centran principalmente en cuantificar el efecto que la geometría ejerce en las propiedades finales de la junta. En este trabajo se estudia el efecto de la geometría de la herramienta en la disipación de calor, utilizando simulación computacional, específicamente el módulo CFX de Ansys®14.5. Fueron considerados tres geometrías de herramienta, cada una construida de forma modular con tres partes: cono, vástago e implante; el ensamble virtual fue sometido a simulación con modelos para el cálculo de la temperatura y tiempos de calentamiento. Los modelos fueron evaluados considerando como parámetros de soldadura las velocidades de avance de 100, 150, 200 y 250 mm.min-1 y rotación de 700, 800, 900 y 1000 rpm. Para el cálculo se consideró que la temperatura alcanzada en el implante (hombro y pin) es de 500 °C, con tiempo de soldadura es de 1 hora. Los resultados permiten refinar el diseño de herramientas con vástagos más cortos; confirma la efectividad del uso de aletas en el vástago para mayor disipación de calor, siendo más efectivo el uso de aletas desplazadas hacia el inserto en comparación con el sistema de aletas con estas en el centro

Keywords

• diseño de herramientas
• simulación térmica
• soldadura FSW de aluminio
• transferencia de calor