Modelado numérico del proceso de soldadura por fricción agitación en aceros inoxidables

Abstract

En el presente trabajo se modela el proceso de Soldadura por Fricción-Agitación (SFA) en aceros inoxidables mediante la utilización de un programa de elementos finitos de propósito general, reproduciendo el mapa térmico y la distribución del flujo del material. En el proceso de SFA el equipo de soldadura consta de una herramienta que gira y se desplaza sobre la unión de dos chapas restringidas. La unión se produce por el calentamiento por fricción inducido por la herramienta, que promueve un comportamiento pastoso/viscoso del material y su correspondiente flujo entre las chapas a unir. Este trabajo simula el proceso para una unión de aceros inoxidables austeníticos considerando acoplamiento termomecánico. Para la resolución del problema mecánico se utiliza un modelo viscoplástico con una ley constitutiva representativa de estos aceros en el rango de las temperaturas del proceso. Por otro lado, el problema térmico se modela teniendo en cuenta los fenómenos advectivos debidos al movimiento de la herramienta. En esta primera etapa, los resultados obtenidos han sido contrastados con datos reportados en la bibliografía, obteniéndose una buena correlación entre los mismos.In this work the friction stir welding (FSW) process of stainless steel probes is modeled by a general propose finite element program, reproducing both thermal and material flow distribution. In the FSW process the equipment consist essentially of a rotating tool, which travel along the joint of two restricted plates. The union results from the frictional heating induced by the tool, which led into a viscoplastic material flow between the joined plates. This work simulates the process for a union of austenitic stainless steel considering thermo-mechanical coupling. In order to solve the mechanical problem, a viscoplastic model is implemented for this steel, involving a representative constitutive relation within the range of process temperatures. On the other hand, the related thermal problem is modeled considering the advection phenomena induced by the tool movement. At this first stage, the results obtained have been contrasted with data reported in the published literature, obtaining good agreement between them.