En el proyecto de investigación «FOLAMI», el Fraunhofer LBF se ha dedicado a la evaluación de la unión mixta de acero y aluminio producida por soldadura láser de forma ajustada para semiproductos resistentes a la operación en la construcción naval. Acompañando al desarrollo del proceso de soldadura, se realizaron investigaciones numéricas y experimentales para asegurar la resistencia a la operación inicialmente a nivel de muestras y posteriormente para adaptadores específicamente optimizados como elementos de conexión entre componentes de construcción de acero y aluminio.
Soldadura láser como alternativa para uniones de acero-aluminio en la construcción de yates
En la construcción naval, especialmente en la construcción de yates, las uniones multimateriales ya se utilizan ampliamente cuando el material ligero aluminio se combina con los materiales de acero procesados convencionalmente. Esta unión mixta de acero y aluminio se realiza hasta ahora en forma de adaptadores llamados soldadura por explosión, también conocida como explosión de placas. Las alternativas a este proceso de fabricación están motivadas por costos elevados o restricciones constructivas o funcionales. La soldadura láser puede considerarse aquí como un nuevo proceso de soldadura que puede llevar a un proceso de fabricación alternativo.
Optimización y evaluación con simulación y método de tensión máxima
En el desarrollo del proceso de soldadura, el Fraunhofer LBF apoyó inicialmente la optimización de las geometrías de las uniones de soldadura y, por lo tanto, los parámetros del proceso de soldadura mediante simulaciones numéricas de carga. El enfoque del trabajo de investigación se centró en el desarrollo de una metodología para evaluar las uniones de soldadura láser de acero-aluminio y su implementación en un adaptador soldado.
Para ello, se trasladó un método de evaluación local, el llamado método de tensión máxima, al caso de la unión mixta de acero-aluminio con la ayuda de la correlación de imágenes digitales para el ajuste de deformaciones.
Pronóstico de vida útil basado en IA de las soldaduras láser entre aluminio y acero
El procedimiento de evaluación desarrollado por los científicos del LBF prevé correlacionar los parámetros de la unión de soldadura que se establecen, como por ejemplo el ancho de unión o la profundidad de soldadura de la unión láser de aluminio EN AW-6082 T6 en acero S355, con la resistencia a la fatiga derivada y verificada experimentalmente según el método de tensión máxima. Como ampliación de la base de datos en comparación con los resultados de los ensayos, se llevaron a cabo variaciones de parámetros de las geometrías de las uniones de soldadura y simulaciones de carga de elementos finitos para derivar tensiones máximas, que se utilizaron divididas en un conjunto de datos de entrenamiento y prueba para pronosticar la vida útil con una red neuronal.
Transferibilidad a otras uniones metálicas multimateriales
Con el resultado de la investigación, no solo se dispone de un enfoque de evaluación para esta unión mixta específica de acero-aluminio, sino que también ofrece el potencial de transferibilidad a otras uniones metálicas multimateriales. Justo en este contexto, este método de evaluación puede ser transferido a aplicaciones de uniones de soldadura más allá de la construcción naval a casos de aplicación de otras industrias.
Promotores y socios
El proyecto conjunto de soldadura láser de forma ajustada de la unión mixta de acero y aluminio para semiproductos resistentes a la operación en la construcción naval (FOLAMI), subproyecto de evaluación de la unión mixta de acero y aluminio producida por soldadura láser de forma ajustada para semiproductos resistentes a la operación en la construcción naval (número de promoción 03SX547C), del Centro de Investigación Jülich GmbH (PtJ) fue financiado en el marco del programa de investigación Tecnologías Marítimas de la próxima generación por el Ministerio Federal de Economía y Energía debido a una resolución del Bundestag alemán.
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