Numerical simulation of nugget growth for resistance spot welding in stainless steel AISI 304

O crescimento das lentilhas de solda obtidas pelo processo de soldagem a ponto por resistência elétrica em chapas de aço inoxidável AISI 304 foi analisado através de simulação numérica com o método de elementos finitos, sendo utilizado para essa finalidade o programa comercial ANSYS. O modelo matemático utilizado considerou: acoplamento entre os campos elétricos e térmicos em regime transiente; a variação das propriedades elétricas e térmicas do aço AISI 304 com a temperatura e condições de contorno térmicas de convecção. A geometria tridimensional analisada, axissimétrica, permitiu a simplificação para uma geometria bidimensional. Os resultados obtidos com o modelo foram comparados com resultados experimentais apresentados na literatura. Foram consideradas espessuras de chapas de 1, 2 e 3 mm, e diferentes diâmetros de face para os eletrodos. As simulações determinaram os tempos necessários de aplicação de diferentes valores de corrente para obtenção dos diâmetros e penetração das lentilhas de solda recomendados em cada situação. Os resultados mostraram também que com o uso de maiores correntes menos energia é consumida na formação da lentilha de solda.The growth of the spot welding nugget in AISI 304 stainless steel sheets was analyzed by numerical simulation with the finite element method, being used for this purpose the commercial code ANSYS. The mathematical model considers: coupling between the electric and thermal fields in transient regimen; temperature dependent thermal and electrical properties of AISI 304 steel; convection thermal boundary condition. The analyzed three-dimensional geometry, axisymmetric, allowed the simplification to a two-dimensional geometry. The results of the model were compared with experimental results presented in the literature. Sheets thickness of 1, 2 and 3 mm, and different diameters of electrodes faces were considered. The results allowed determining the necessary current application times for attainment the recommended diameter and penetration of the nugget in each situation. The results also showed that with the use of larger currents the nugget formation consumes less energy