Evaluación de secuencias de soldadura en una carcasa de caja reductora uitlizando simulación numérica computacional

Abstract

El presente trabajo de tesis tiene como objetivo evaluar diferentes secuencias de cordones de soldadura en una carcasa soldada de caja reductora y seleccionar la secuencia más adecuada. El criterio de selección se basa en las distorsiones producidas por la soldadura, considerando como mejor alternativa aquella que presente las menores distorsiones en las superficies de trabajo. Para lograr este objetivo se implementó un procedimiento numérico de simulación de soldadura basado en un análisis termo-estructural secuencialmente acoplado, donde el campo estructural depende del campo térmico. Para resolver el problema térmico se consideraron las propiedades térmicas del material dependientes de la temperatura, el modelo de fuente de calor de doble elipsoide presentado por Goldak, así como un coeficiente combinado de convección-radiación como condición de frontera térmico. Para resolver el problema estructural se consideraron las propiedades mecánicas del material dependientes de la temperatura, un modelo de material termo-elasto-plástico, así como las restricciones de desplazamiento necesarias para estabilizar el modelo como condiciones de frontera estructural. En ambos problemas se aplicó la técnica birth and death para simular la deposición del material. El procedimiento propuesto fue validado con resultados experimentales en una junta a tope y una en T. Luego, se aplicó el procedimiento en la carcasa objeto de estudio, tanto en la base como en la tapa. Se evaluaron tres secuencias de soldadura para la base y tres para la tapa. Como resultado se obtuvo las desviaciones de planitud en el plano de división entre la base y la tapa, y en el plano de apoyo de la base, así como las desviaciones de cilindricidad en los alojamientos de los rodamientos. Los resultados más favorables se obtuvieron para la secuencia de soldadura en la que se empleó el paso peregrino (back step) y la soldadura simultánea en los extremos opuestos y de forma simétrica. En este caso se obtuvo una desviación de planitud máxima de 257.44 _m en el plano de división entre la base y la tapa, 422.5 _m en el plano de apoyo de la base y una desviación de cilindricidad máxima de 303.3 _m en los alojamiento de los rodamientos.