Análisis numérico de la influencia de los puntos de soldadura sobre la deformación angular a través del método de elementos finitos

Abstract

Welding is a fundamental process in the fabrication of structures in various engineering fields. However, imperfections caused by the process can compromise the structural integrity and service life of the components. During the fabrications of structures by welding, tacks welds are applied to avoid over-constraint of the structures. However, the lack of standards for this process could cause an increase in angular deformation. This study focuses on investigating the effect of tack welding on structural stiffeners. A Thermo-Elasto-Plastic Analysis (TEPA) using the Finite Element Method (FEM) is employed to simulate the shielded metal arc welding process applied on S355J2 steel structural stiffeners used in the bow and stern of small steel ships, for which different dimensions and sequences of tack welding are considered. On the other hand, a parametric analysis of the finite element size in the heat-affected zone (HAZ) is carry out, to determine an optimal model for this study. The results show that the angular deformation, considering the recommended dimensions and sequences of tack welds, increases by 8% compared to the model that does not consider tack welds. Based on the results, dimensions and sequences of tack weld are recommended that can be applied in the field, which could mitigate the angular deformation on the structural stiffeners.La soldadura es un proceso fundamental en la fabricación de estructuras en diversos campos ingenieriles, sin embargo, las imperfecciones causadas por el proceso pueden comprometer la integridad estructural y vida útil de las piezas. Durante la fabricación de estructuras por medio de soldadura, se aplican puntos de soldadura para evitar la sobre restricción de las estructuras, sin embargo, la falta de estándares para este proceso podría causar un incremento en la deformación angular. Este estudio se centra en investigar el efecto de los puntos de soldadura sobre las juntas T. Mediante un Análisis Termo-Elasto-Plástico (TEPA) a través del Método de Elementos Finitos (FEM), se simula el proceso de soldadura por arco eléctrico de electrodo revestido (SMAW) aplicado en los refuerzos estructurales de acero S355J2 utilizados en la proa y popa de una embarcación menor de acero, para ello, se consideran diferentes dimensiones y secuencias de puntos de soldadura. Por otro lado, se realiza un análisis paramétrico sobre la dimensión del elemento finito en la zona afectada por el calor, para determinar un modelo óptimo para este estudio. Los resultados muestran que la deformación angular, considerando las dimensiones y secuencias de puntos de soldadura recomendados, incrementa en un 8% comparado con el modelo que no considera puntos de soldadura. Basados en los resultados, se recomiendan dimensiones y secuencias de puntos de soldadura que se pueden aplicar en campo, que podrían mitigar la deformación angular sobre los refuerzos estructurales