Un nuevo método de modelización de la soldadura
Más del 50 % de las piezas de uso doméstico y de ingeniería contienen uniones soldadas, lo cual significa que la soldadura sigue siendo un pilar muy importante de muchas economías. Los materiales fundidos forman una masa líquida de metal que se solidifica para formar la unión. Comprender la química de la interficie y la morfología compleja del cristal es importante para evitar grietas y fallos. Los científicos e ingenieros de «Modelling of interface evolution in advanced welding» (MINTWELD) iniciaron este proyecto financiado por la Unión Europea con el objetivo de desarrollar un marco de modelización multiescala y multifísico destinado a simular la química de las interficies y la formación de cristales. A diferencia de los métodos experimentales convencionales, esta nueva modelización computacional podría servir para guiar la construcción de sistemas de transporte submarino de petróleo y gas a grandes profundidades. El software de modelización MINTWELD fue capaz de describir los fenómenos clave del proceso de soldadura a todas las escalas de longitud relevantes. Se puso especial énfasis en la evolución de la interficie sólido-líquido. El marco de trabajo unió modelos atomísticos ab initio y de dinámica molecular (DM) de interficies y grietas con modelos a nanoescala de campos de fase (CF) de las fronteras entre granos, la química interficial y la estructura. A su vez, estos modelos se integraron con modelos de seguimiento de frentes (ST) a mesoescala que describen el crecimiento de los cristales y la distribución del tamaño de grano, y modelos de dinámica de fluidos computacional (DFC) a escala macro de los flujos de calor y de masas. Con modelos de flujo de fluidos, solidificación, CF y ST, el software MINTWELD proporcionó datos termodinámicos, cinéticos y de segregación de elementos correspondientes a la evolución de la interficie de solidificación y las fronteras entre granos. Los estudios ab initio y DM proporcionaron las energías superficiales e interficiales. Con imágenes obtenidas en un sincrotrón en tiempo real, los científicos pudieron observar la evolución morfológica de los frentes de soldadura y los flujos internos de la masa líquida fundida. Se utilizaron además un microanalizador de sonda electrónica y una sonda atómica para caracterizar la química de la aleación cerca de las fronteras entre granos. En el proyecto MINTWELD se investigaron modos de hacer la soldadura más sencilla, más segura y más económica utilizando nuevas tecnologías y técnicas de modelización computacional punteras. Al hacer posible controlar la estructura y las propiedades, los resultados del proyecto abren la puerta a una mejora drástica de las prestaciones de la soldadura y por tanto a nuevos mercados para la industria de la soldadura europea.
Palabras clave
Soldadura, unión soldada, evolución de interficie, proceso de soldadura, dinámica molecular, modelo de grietas, frontera entre granos, química interficial, modelo estructural, crecimiento de cristal, energía interficial, masa fundida, química de aleación
