Soldadura

Congreso SAM/CONAMET 2007

San Nicolás, 4 al 7 Septiembre de 2007

SIMULACION COMPUTACIONAL DEL CICLO TÉRMICO DE UNA SOLDADURA
BAJO PROCESO GMAW EN UNA PLACA ESTRUCTURAL.
COMPARACION EXPERIMENTAL UTILIZANDO TERMOCUPLAS.
H. Sanzi (1), G. Elvira(1), E. Asta(1) y M. Zalazar(2)
(1) Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Haedo
París 532 Haedo (1706) Buenos Aires Argentina
(2)Universidad Nacional del Comahue
Buenos Aires 1400 (8300) Neuquén, Argentina
E-mail tecsaing@fibertel.com.ar

RESUMEN
Todos los procesos de soldadura inducen deformaciones y tensiones de origen térmico, las cuales deben ser
evaluadas correctamente ya que pueden comprometer la integridad estructural de un componente.
Continuando con el trabajo de elaboración de modelos sencillos computacionalesaplicando técnicas de
Elementos Finitos (FEA) que representen, con un grado de exactitud aceptable, el ciclo térmico en uniones
soldadas, se presenta en este caso la distribución de temperaturas que se desarrolla en la soldadura de
chapas de acero estructural API 5L- X65 utilizando proceso de soldadura por arco eléctrico con protección
gaseosa (GMAW). Los resultados de la simulación soncomparados con los obtenidos experimentalmente, a
través de la medición con termocuplas. Este estudio permitirá conocer la sensibilidad y la validez del
modelo computacional propuesto, y optimizar los tiempos de ingeniería para la resolución de un problema
como el presentado y proceder en forma adecuada en el diseño del procedimiento de soldadura.
Palabras clave: Soldadura, Elementos Finitos,Transferencia de Calor
1. INTRODUCCIÓN
En este trabajo se presenta la distribución de temperaturas que se desarrolla durante un proceso de soldadura
por arco eléctrico con protección gaseosa (GMAW), aplicado en la unión de chapas estructurales utilizadas
en la fabricación de cañerías de uso en poliductos, a través del planteo de un modelo simplificado de
elementos finitos utilizando sólidostridimensionales.
En el análisis se considera que mientras se desarrolla el proceso de soldadura, no hay pérdidas de calor al
medio ambiente, y que las transformaciones producidas en el material debido a los cambios de fase no
producen modificaciones de sus propiedades, tanto para el material de aporte, como el de base.
Los resultados obtenidos de la modelización son comparados con resultadosexperimentales utilizando
mediciones con termocuplas, realizadas durante la ejecución de la soldadura, considerando el tiempo de
enfriamiento entre 800 °C y 500 °C (t8/5) como parámetro de comparación.
Este estudio permitirá conocer la sensibilidad y la validez del modelo propuesto, como así también
determinar y ajustar los parámetros que intervienen y controlan el proceso de soldadura.
2.-MATERIAL Y DATOS DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
La soldadura que plantea el trabajo es la realizada en la unión de dos chapas de 700 x 500 mm y un espesor
de 4,8 mm, correspondientes a un acero estructural microaleado de laminado termo controlado (TMCP) API
5L X65 cuya composición química se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1. Composición química del material de la cañería
C
Mn
P
S

0,13
1,210,011
0,003

Si
Cu
Ti
N

0,16
0,016
0,0028
0.023

Al
Nb
Co
V

0,0038
0,029
0.030
0,03

El carbono equivalente [1] se presenta en la Tabla 2.

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Tabla 2. Determinación del carbono equivalente
CEq (%)
Pcm
CEIIW
0,20
0,339
CEq: Carbono Equivalente
Pcm= C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + V/10 + 5B
CEIIW= C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/ 15

La Figura 1permite observar la configuración de la soldadura.

Figura 1. Vista de la unión soldada
En la Figura 2 se presenta un esquema general del diseño de la junta, con las dimensiones principales y la
indicación del punto (A) de evaluación, en donde posteriormente se realiza la medición con termocupla.

Figura 2. Detalle de la soldadura y punto de evaluación “A”
Los datos del procedimiento de...