Modelización por elementos finitos de la solidificación de soldaduras
El proyecto WELDMECS (Welding metallurgy and cracking in superalloys), financiado por la UE, se inició con el propósito de desarrollar criterios relativos a la fisuración en caliente, orientados a las superaleaciones. Dichos criterios se utilizarían para desarrollar un modelo de elementos finitos (EF) que resultase útil en la fabricación de aeronaves. Las fisuras aparecen durante la solidificación debido a las diferencias entre los puntos de fusión de los constituyentes y de las impurezas presentes en las superaleaciones. Mediante el proyecto WELDMECS se concibió un modelo que permitiría realizar simulaciones termomecánicas por las que se estimaría el riesgo de aparición de fisuras. Un extenso número de ensayos de soldabilidad, llevados a cabo con equipos «Varestraint», respaldó el desarrollo del modelo. Utilizando los equipos «Varestraint», se examinó la microestructura de los materiales. Durante los ensayos, se aplicaron esfuerzos (fuerzas flexoras) en paralelo a la ubicación de las soldaduras en las muestras. Se observó el alcance del agrietamiento como indicador de la susceptibilidad a la fisuración en caliente. Los ensayos «Gleeble», otro protocolo de pruebas habitual, también se emplearon para determinar criterios para la fisuración en caliente. Antes de proceder con los ensayos «Gleeble», las muestras se trataron térmicamente en las zonas afectadas. A continuación se ensayaron a tres temperaturas distintas: por debajo, al mismo valor y por encima de la temperatura de disminución de la ductilidad. Los investigadores asumieron que existe un rango de temperaturas por encima de la temperatura de solidificación en el que los materiales son extremadamente susceptibles a la deformación plástica. En el modelo de elementos finitos se tiene en cuenta este aspecto y a partir de los datos disponibles se determina un parámetro que representa el riesgo de aparición de fisuras en caliente. La labor del proyecto WELDMECS aportó modelos de elementos finitos que simulan dos de las pruebas experimentales más ampliamente utilizadas para evaluar los efectos del calentamiento y el conformado. De esta manera la necesidad de realizar ensayos exhaustivos se reducirá a un mínimo y con ello el tiempo y los costes relacionados con la definición de las condiciones adecuadas para la fabricación de componentes de motores aeronáuticos.
Palabras clave
Modelización por elementos finitos, soldadura, motor aeronáutico, WELDMECS, fisuración en caliente
