La soldadura por arco y la fabricación aditiva son muy importantes para crear grandes componentes metálicos de forma relativamente económica y rápida.

Una nueva investigación dirigida por el profesor Hongbiao Dong del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Leicester ha demostrado cómo optimizar este proceso para mejorar la eficiencia y el costo.

La investigación, que fue una colaboración entre la Universidad de Leicester, Universidad Tecnológica de Delft, Fuente de luz de diamante, University College Dublin y TATA Steel Research UK se publicó recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .

Explora el comportamiento del flujo interno en la fabricación aditiva de metales y la soldadura por arco, el proceso de soldadura más utilizado en la fabricación moderna.

El trabajo se centró en examinar los charcos de fusión que se crean durante el proceso de soldadura.

Para hacer esto, El equipo insertó pequeñas partículas de tungsteno y tántalo en la piscina de fusión. Debido a sus altos puntos de fusión, las partículas permanecieron sólidas en el charco de fusión el tiempo suficiente para poder rastrearlas mediante intensos haces de rayos X.

Los rayos X se generaron utilizando el acelerador de partículas sincrotrón en Diamond Light Source, que es la instalación nacional del Reino Unido para la luz de sincrotrón. Beamline I12 fue seleccionado para esta investigación debido a su alta energía especializada, capacidad de imágenes de alta velocidad a miles de fotogramas por segundo.

Usando Beamline I12, los investigadores pudieron crear películas de alta velocidad que mostraban cómo la tensión superficial afecta la forma del baño de fusión de soldadura y su velocidad y patrones de flujo asociados. Los resultados mostraron, por primera vez, que el comportamiento del flujo de masa fundida es similar al que antes solo se veía a través de simulaciones por computadora.

Los resultados revelaron que la soldadura por arco se puede optimizar controlando el flujo del baño de fusión y cambiando los elementos activos asociados en la superficie.

El profesor Dong dijo:"Entender lo que sucede con el líquido en las piscinas fundidas durante la soldadura y la fabricación aditiva a base de metal sigue siendo un desafío. Los hallazgos nos ayudarán a diseñar y optimizar los procesos de soldadura y fabricación aditiva para fabricar componentes con propiedades mejoradas a un costo reducido. .

"La soldadura es la forma más económica y eficaz de unir metales de forma permanente, y es un componente vital de nuestra economía manufacturera ".

Dr. Thomas Connolley, El científico principal de líneas de luz de I12 en Diamond Light Source comentó:"El equipo de I12 participó de cerca en el experimento. La línea de luz se diseñó teniendo en cuenta estos desafiantes experimentos in situ y estoy muy contento de haber ayudado a mejorar la comprensión de la fabricación aditiva y soldadura, dada su importancia tecnológica ".

Se estima que más del 50% de los productos domésticos y de ingeniería a nivel mundial contienen juntas soldadas. En Europa, la industria de la soldadura ha apoyado tradicionalmente a un conjunto diverso de empresas en la construcción naval, tubería, automotor, aeroespacial, sectores de defensa y construcción. Los ingresos de los mercados de consumibles y equipos de soldadura alcanzaron los 3500 millones de euros en Europa en 2017.

Los resultados ayudarán con el futuro diseño y optimización del proceso de soldadura y fabricación aditiva, y tendrá un impacto importante y de gran alcance.