El objetivo general del presente trabajo de título es proponer y evaluar una metodología para la modelación del proceso de soldadura al arco por medio de elementos finitos en distintas geometrías, donde se considerará el movimiento de una fuente de calor que simule de forma aproximada el recorrido de la soldadura, materiales modelados con propiedades termodependientes, transferencia de calor transitoria, estados tensionales y estado de deformaciones. La soldadura es uno de los procesos de unión permanente más utilizado en la industria, en este se aplica un flujo de calor de gran complejidad, donde la sujeción se realiza por medio de la fusión de la zona a unir. Las altas temperaturas generan esfuerzos térmicos, los que generan deformación plástica en la zona cercana a la unión, generando esfuerzos residuales. En primer lugar se determinaron las distintas funciones que representan la fuente de calor del proceso y los factores que se involucran en la definición de esta, además de seleccionar los materiales a estudiar junto a sus distintas propiedades y dependencia térmica. Esto permitió una modelación aproximada del proceso de soldadura tanto en 2D como en 3D, donde además se logró modificar la función de calor para el caso 3D adaptándola para un movimiento circunferencial, lo que permitió realizar simulaciones en una geometría cilíndrica, ampliando los alcances del trabajo. El resultado final de la simulación fue comparado con dos estudios base evidenciándose resultados similares tanto en términos de perfil de temperatura como esfuerzos residuales para los casos 2D, 3D y una geometría cilíndrica. De esta manera se logró confirmar la correcta modificación de la función para la fuente de calor para la geometría cilíndrica y la exitosa interacción de los software Comsol Multiphysics 3.5a y Matlab 6.5. Se concluye que es factible realizar la simulación del proceso de soldadura por medio de elementos finitos en términos de utilización de software comercial y capacidad de cálculo, para la obtención de perfiles de temperatura y esfuerzos residuales en geometrías 2D, 3D y geometrías cilíndricas, logrando resultados que se aproximan a las evidencias experimentales.

The flux cored arc welding process has some characteristic features and is therefore established in the industry to fabricate hardfacing. One advantage of the process is the possibility to vary the alloy content of the weld metal by manipulating the chemical composition of the filler material. Moreover, it is possible to produce self shielding electrodes, which show advantages for outdoor applications. One the other hand this process creates high dilution rates. One possibility to avoid this effect is to apply a magnetic field in order to deflect the welding arc. In this thesis, the influence of a transversal magnetic field on the weld seam formation during FCAW was investigated. An increase of the weld width and a simultaneous decrease of the penetration depth was achieved at a certain deflection. The influence of the magnetic oscillation was found to be stronger for short circuit mode than for pulsed mode. Furthermore, high frequencies in combination with a high magnetic flux density caused a reduced process stability and consequently a worsening of the weld bead appearance. Apart from that, the drop detachment was inhibited, when a strong magnetic field was applied during pulsed and spray mode. / Das Metallschutzgasschweißen mit Fülldrahtelektrode ist ein in der Industrie verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Hartpanzerungen. Charakteristisch ist die gezielte Beeinflussung des Schweißprozesses und der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts durch die Auswahl der Füllstoffe. Des Weiteren können dem Fülldraht Stoffe hinzugegeben werden, wodurch das Schweißen ohne Schutzgas durchgeführt werden kann. Nachteilig ist jedoch der hohe Aufmischungsgrad bei diesem Verfahren. Eine Möglichkeit, diesem Effekt entgegenzuwirken, besteht darin, den Lichtbogen durch das Anlegen eines Magnetfelds in eine oszillierende Bewegung zu versetzen. Der Einfluss eines oszillierenden transversalen Magnetfeldes auf die Nahtausbildung beim MSG-Schweißen mit Fülldraht wurde untersucht. Es zeigt sich dabei, dass der Einbrand verbreitert und die Einbrandtiefe durch die gezielte Auslenkung verringert werden konnte. Der Einfluss des magnetischen Pendelns ist beim Kurzschlusslichtbogen kleiner als beim Impulslichtbogen. Bei hohen Frequenzen und hoher Flussdichte wurde außerdem eine Verringerung der Prozessstabilität und eine daraus resultierende Verschlechterung der Schweißnahtausbildung festgestellt. Außerdem führte ein starker Einfluss des Magnetfelds zu einer erschwerten Tropfenablösung beim Impluls- und Sprühlichtbogen. / Tesis

El presente trabajo muestra el estudio de uniones soldadas obtenidas mediante el proceso de soldadura GTAW, en planchas de tres milímetros de espesor de la aleación de aluminio AA5052 – H34. El objetivo principal de la tesis es determinar y comparar las características y propiedades de las uniones soldadas, obtenidas con y sin material de aporte, utilizando el proceso de soldadura GTAW. Para el estudio se realiza en total 6 cupones soldados con una sola pasada (3 cupones con material de aporte y 3 cupones sin material de aporte). Asimismo, el aporte que se utiliza es el electrodo ER5356 elegido por sus buenas propiedades, características y compatibilidad química con el material base a soldar. Posterior a la elaboración de los cupones soldados, se realizan ensayos no destructivos para determinar si las uniones soldadas cumplen con la normativa AWS D1.2. De esta forma, se realizan ensayos de inspección visual, tintes penetrantes y radiografía industrial. Asimismo, la caracterización y el análisis de las propiedades de los cupones soldados a través de elaboración de probetas, los cuales son sometidos a ensayos mecánicos de tracción, ensayo de barrido de dureza, ensayos de doblado y ensayos metalográficos. En los ensayos de tracción, los resultados de las probetas soldadas sin material de aporte alcanzan menores valores de resistencia a la tracción, en comparación con las uniones soldadas con material de aporte. En los ensayos de dureza, los mayores valores para las uniones sin material de aporte se encuentran en el metal base y los menores en el baño de fusión, para las uniones soldadas con aporte los mayores valores se presentan en el baño de fusión y los menores en la ZAC. En los ensayos de doblado para ambos casos no se evidencian agrietamientos acumulados mayores o iguales a los 3 mm. En base a los resultados de la presente investigación se concluye que, las uniones soldadas de aleación de aluminio AA5052 - H34 mediante el proceso de soldadura GTAW, se comportan de manera satisfactoria bajo los dos métodos: con y sin material de aporte. Pues, los valores de resistencia a la tracción en ambos procesos presentan valores que se encuentran por encima del valor límite que indica el código AWS D1.2. Finalmente, en la presente investigación, se obtienen ligeramente mejores propiedades y características en la unión soldada con material de aporte frente a una sin material.

The flux cored arc welding process has some characteristic features and is therefore established in the industry to fabricate hardfacing. One advantage of the process is the possibility to vary the alloy content of the weld metal by manipulating the chemical composition of the filler material. Moreover, it is possible to produce self shielding electrodes, which show advantages for outdoor applications. One the other hand this process creates high dilution rates. One possibility to avoid this effect is to apply a magnetic field in order to deflect the welding arc. In this thesis, the influence of a transversal magnetic field on the weld seam formation during FCAW was investigated. An increase of the weld width and a simultaneous decrease of the penetration depth was achieved at a certain deflection. The influence of the magnetic oscillation was found to be stronger for short circuit mode than for pulsed mode. Furthermore, high frequencies in combination with a high magnetic flux density caused a reduced process stability and consequently a worsening of the weld bead appearance. Apart from that, the drop detachment was inhibited, when a strong magnetic field was applied during pulsed and spray mode. / Das Metallschutzgasschweißen mit Fülldrahtelektrode ist ein in der Industrie verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Hartpanzerungen. Charakteristisch ist die gezielte Beeinflussung des Schweißprozesses und der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts durch die Auswahl der Füllstoffe. Des Weiteren können dem Fülldraht Stoffe hinzugegeben werden, wodurch das Schweißen ohne Schutzgas durchgeführt werden kann. Nachteilig ist jedoch der hohe Aufmischungsgrad bei diesem Verfahren. Eine Möglichkeit, diesem Effekt entgegenzuwirken, besteht darin, den Lichtbogen durch das Anlegen eines Magnetfelds in eine oszillierende Bewegung zu versetzen. Der Einfluss eines oszillierenden transversalen Magnetfeldes auf die Nahtausbildung beim MSG-Schweißen mit Fülldraht wurde untersucht. Es zeigt sich dabei, dass der Einbrand verbreitert und die Einbrandtiefe durch die gezielte Auslenkung verringert werden konnte. Der Einfluss des magnetischen Pendelns ist beim Kurzschlusslichtbogen kleiner als beim Impulslichtbogen. Bei hohen Frequenzen und hoher Flussdichte wurde außerdem eine Verringerung der Prozessstabilität und eine daraus resultierende Verschlechterung der Schweißnahtausbildung festgestellt. Außerdem führte ein starker Einfluss des Magnetfelds zu einer erschwerten Tropfenablösung beim Impluls- und Sprühlichtbogen. / Tesis