Coupled model of heat transfer and plastic deformation for Friction Stir Welding (FSW)

Abstract

La soldadura por fricción y agitación, abreviada como FSW es un proceso de union de metales de baja densidad mediante el uso de un pin que gira a alta velocidad en medio de la unión de dos placas. Este proceso es clave para el desarollo de tecnologías que requieren de un menor peso, como naves aeroespaciales o maritimas ya que posibilita la soldadura en aleaciones de bajo peso como el aluminio. A lo largo de los años ha sido estudiado de una manera experimental, de la cual se han obtenido observaciones claves,y posibilitó la formación de una data base. No obstante, debido a la complejidad termofísica de este proceso, se han desarrollado pocos estudios en un ámbito matemático, que faciliten el desarrollo de ecuaciones que modelen este procedimiento, y aún más importante, el desarrollo de estas ecuaciones, abre paso a encontrar la ecuación que refleja la temperatura necesaria para deformar un material. Lo anterior motiva e impulsa el objetivo de esta tésis, que es optimizar las ecuaciones planteadas por el Dr.Mendez mediante la incorporación de un nuevo factor matemático que añade al modelo la pérdida de calor mediante la placa que esta siendo soldada. Este factor con anterioridad era despreciado porque se creia infimo pero su integración al modelo demuestran su relevancia. Los resultados evidencian mejoras en los gráficos de máxima temperatura y torque ya que reflejan una mayor proximidad entre lo obtenido experimentalmente y lo estimado por las ecuaciones, lo cual representa una mayor cercania entre el modelo planteado y la realidad. Para la obtención de los gráficos se trabajó con 196 datos de los cuales se pudieron hacer comparaciones entre lo estimado para el grosor de la capa de deformación, el torque, la temperatura máxima alcanzada, y las 4 simplificaciones realizadas que modelan y representan este tipo de proceso. En el caso de la temperatura y torque, aquellos que consideran la pérdida de calor tienen en promedio 55.52% y 22.41% menos error respectivamente, que aquellos que no. Sin embargo en el caso del espesor de la capa de deformación hay un 233.81% más de error.