VALIDACIÓN DE UN MODELO FENOMENOLÓGICO DE SOLDADURA POR FRICCIÓN-AGITACIÓN CON DATOS BIBLIOGRÁFICOS

Abstract

Este trabajo presenta la mejora de un modelo analítico de soldadura por fricciónagitacióndesarrollado por Mendez et al. [1] basado en el análisis matemático de escalamiento,el cual considera un balance entre simplicidad y exactitud con una baja utilizaciónde recursos computacionales. El modelo permite predecir la máxima temperatura en elsistema, el espesor de la zona deformada, los esfuerzos cortantes alcanzados en la zonade unión y el torque desarrollado por la herramienta. Para determinar la eficacia del modeloen función de sus simplificaciones matemáticas, se compararon los resultados condatos experimentales publicados en la literatura en base a sus parametros operacionalesy luego se realizaron ajustes de calibración al modelo en función a las simplificacioneshipoteticas originalmente propuestas. Se comprobó que la ley de escalamiento obtenidapara la temperatura captura una correcta tendencia y orden de magnitud en el rango válidode la simplificación. Este nuevo modelo de escalamiento presenta correcciones y mejorasrealizadas a la version de Mendez et al. sin afectar el diseño fundamental, conservando lastendencias y predicciones de forma consistente. Las mejoras que se realizaron al modelose resumen en los siguientes puntos: (i) se implementó una modificación en el perfil detemperatura empírico, donde se considera una pérdida de calor hacia la herramienta, condiciónde borde que evita un régimen adiabático; (ii) se reajustaron las constantes del modeloconstitutivo de Zener-Hollomon y se descubrió que el ajuste resulta local a un esfuerzorepresentativo para el material; (iii) se utilizó un nuevo método de linealización para elmodelo constitutivo mediante una secante y una tangente, el ajuste se logró a través de unparámetro (e) acotado por un criterio de factibilidad y se contrastaron los resultados enfunción al rango de validez de las simplificaciones y el comportamiento de estimación detemperatura. Ademas, dentro de la base de datos experimentales utilizada, se incluyerontres nuevos materiales, aleaciones de magnesio (AZ31 y AZ61) y latón (CuZn30).

This work presents the improvement of an analytical model of friction stir welding developedby Mendez et al. [1] based on the mathematical analysis of scaling, which considers abalance between simplicity and accuracy with a low utilization of computational resources.The model allows to predict the maximum temperature in the system, the thickness of theshear layer, the shear stress reached in the joint area and the torque developed by the tool.To determine the effectiveness of the model based on its mathematical simplifications, theresults were compared with experimental data published in the literature based on theiroperational parameters and then calibration adjustments were made to the model based onthe hypothetical simplifications proposed. It is verified that the scaling law obtained forthe temperature captures the correct trend and order of magnitude in the valid range of thesimplifications. This new scaling model presents corrections and improvements made tothe version of Mendez et al. Without affecting the fundamental design and keeping thesame trends and predictions consistently.The improvements made to the model are summarized in the following points: - A modificationin the empirical temperature profile is implemented, where a loss of heat towardsthe tool is considered, this edge condition avoids obtaining an adiabatic regime; -Refreshthe constants of the model of Zener-Hollomon. The adjustment is found to be local anda representative work shear stress is determined for the material; - A new linearizationmethod is used for the constitutive model through a secant and a tangent line, the adjustmentis achieved through a new parameter (e) bounded by a feasibility criteria and the results ofboth linearizations were contrasted according to the validity range of the simplifications andthe behavior of the temperature estimation capacity. In addition, three new materials wasadded in the database, including magnesium alloys (AZ31 and AZ61) and brass (CuZn30).