Análisis de la transferencia de calor en el proceso de soldadura orbital TIG automática por medio del método de los elementos finitos (2019)
La caracterización y optimización de los procesos de soldadura son de gran importancia a nivel industrial. Particularmente, la soldadura orbital TIG (Tungsten Inert Gas), usada en campos que van desde los gases industriales hasta la industria farmacéutica y de alimentos para la unión de tubería de gran variedad de diámetros y materiales, ha sido ampliamente estudiada con el objetivo de hacer de esta un proceso cada vez mas eficiente y confiable. Como resultado de estas investigaciones y avances, ha sido posible automatizar casi totalmente el proceso de soldadura orbital TIG, interviniendo el operario en la definición e ingreso de una serie de parámetros que sirven como entrada al dispositivo electro-mecánico que realiza finalmente el proceso de manera autónoma. En el presente trabajo, se lleva a cabo la simulación computacional, por medio del método de los elementos finitos, de dos procesos de soldadura orbital que tienen como entrada un conjunto de parámetros estimados a partir de las dimensiones y material de los tubos. Entre estos parámetros se encuentran el flujo térmico en la zona afectada por la fuente de calor (electrodo), calculado a partir de corriente y voltaje; la distancia entre electrodo y la superficie del tubo y el tiempo de soldadura. De cada modelo se obtiene la distribución de temperatura espacial y temporal durante el proceso, así como el nivel de profundidad alcanzado por la soldadura. Temperaturas máximas de 2200 y 2600°C son obtenidas para las distribuciones superficiales y niveles de profundidad del 70% y 100% para los modelos 1 y 2 respectivamente. Adicionalmente, se presentan de manera gráfica las variaciones de temperatura con respecto al tiempo en diferentes puntos de los tubos mientras estos son soldados. Finalmente, se establece que los resultados obtenidos de las simulaciones concuerdan con lo estipulado por la teoría y se espera que en el futuro sean comparados con experimentos realizados bajo las mismas condiciones y parámetros.