Modelización de procesos de soldadura (GMAW y GTAW) de la aleación de magnesio AZ31B. Estudio y análisis del comportamiento de este tipo de uniones soldadas frente a la corrosión en medios salinos

El magnesio y sus aleaciones representan un interesante campo de investigación dentro de la ingeniería de materiales debido a los retos que plantean tanto su conformabilidad como durabilidad. Las características físicas y mecánicas del magnesio y sus aleaciones los convierten en materiales de gran interés desde el punto de vista industrial al tratarse de uno de los materiales más abundantes y ligeros en un mundo en el que día a día los recursos y materias primas son más escasos por lo que el acceso a materiales abundantes y ligeros que permitan economizar el uso de energía cobrará mayor importancia en el futuro. En la coyuntura actual es por tanto necesario revisar procesos y procedimientos, investigando y tratando de ampliar desde este punto de vista si es posible mejorar los procedimientos de fabricación de los materiales disponibles actualmente o el desarrollo de nuevos, mejores que los anteriores, que permitan ayudar a la sostenibilidad del planeta. El magnesio, pese a ser un material muy abundante y relativamente barato, presenta una serie de inconvenientes que limitan de manera muy seria su aplicación industrial, su alta reactividad en presencia de oxígeno y su mal comportamiento frente a la corrosión así como limitaciones en su conformabilidad han estado limitando su uso y aplicaciones, los investigaciones dentro del campo de la metalurgia física de este material y el desarrollo de nuevas aleaciones han permitido su empleo en múltiples aplicaciones dentro de la industria aeroespacial, militar, automovilística, electrónica, deportiva y médica. La motivación para esta tesis doctoral ha sido tratar de aportar más luz sobre el comportamiento de una de las aleaciones comerciales base magnesio más empleadas, la AZ31B, tratando de modelizar como le afectan los procesos de soldadura y estudiando desde un punto de vista experimental como se ve modificada su microestructura, su comportamiento mecánico y su resistencia frente a la corrosión. Aunque en un principio se pensó en el empleo de métodos electroquímicos para el estudio de la corrosión de estos materiales, rápidamente se decidió prescindir de su uso dada la dificultad observada tanto durante los trabajos de investigación de esta Tesis como los encontrados por otros investigadores. Mediante microdurezas se han caracterizado mecánicamente las soldaduras de aleación de magnesio tipo AZ31 en función de diferentes materiales de aporte, observándose que el empleo de las aleaciones con mayor contenido de aluminio y zinc no contribuye a una mejora significativa de las propiedades mecánicas. Se han podido establecer correlaciones entre los modelos de simulación desarrollados y las microestructuras resultantes de los procesos reales de soldadura que permiten definir a priori que estructuras se van a obtener. De igual forma ha sido posible completar un estudio micrográfico y químico completo de las diferentes fases y microconstituyentes originados durante los procesos de soldadura, gracias a estos resultados se ha propuesto como hipótesis una explicación que justifica el comportamiento frente a la corrosión de estas aleaciones una vez soldadas. Los ensayos de corrosión realizados han permitido determinar correlaciones matemáticas que indican las velocidades de corrosión esperables de este tipo de aleaciones. Desde el punto de vista del diseño, los resultados obtenidos en este trabajo permitirán a otros investigadores y diseñadores tomar decisiones a la hora de decidir qué materiales de aporte emplear junto con las implicaciones que conllevan desde el punto de vista metalúrgico, mecánico o corrosivo las diferentes alternativas. Por último indicar que gracias al trabajo desarrollado se han definido modelos matemáticos para predecir el comportamiento frente a la corrosión de estas aleaciones, se han determinado las posibles causas y mecanismos por las que se gobierna la corrosión en la soldadura de chapas de aleación AZ31B y los motivos por los que se debe considerar el empleo de un material de aporte u otro. Los modelos de simulación desarrollados también han ayudado a comprender mejor la microestructura resultante de los procesos de soldadura y se han determinado que fases y microconstituyentes están presentes en las soldaduras de estas aleaciones. ABSTRACT Magnesium and its alloys represent and interesting research field in the material science due to the challenges of their fabrication and durability. The physical and mechanical properties of magnesium and its alloys make them a very interesting materials from and industrial point of view being one of the most abundant and lightest materials in a world in which day by day the lacking of resources and raw materials is more important, the use of light materials which allow to save energy will become more important in a near future. So that it is necessary to review processes and procedures, investigating and trying to improve current fabrication procedures and developing new ones, better than the former ones, in order to help with the sustainability of the planet. Although magnesium is a very common and relatively cheap material, it shows some inconveniences which limit in a major way their industrial application; its high reactivity in presence of oxygen, its poor corrosion resistance and some manufacturing problems had been limiting their use and applications, metallurgical investigations about this material and the development of new alloys have allowed its use in multiple applications in the aerospacial, military, automobile, electronics, sports and medical industry. The motivation for this thesis has been trying to clarify the behavior of one most used commercial base magnesium alloys, the AZ31, trying to modeling how its affected by thermal cycles of the welding process and studying from an experimental point of view how its microstructure is modified and how these modifications affect its mechanical behavior and corrosion resistance. Although at the beginning of this works it was though about the using of electrochemical techniques to evaluate the corrosion of these materials, rapidly it was decided not to use them because of the difficulty observed by during this research and by other investigators. The results obtained in this thesis have allowed to characterize mechanically AZ31 magnesium welding alloys considering different filler metals, according to this study using filler metals with a high content of aluminum and zinc does not represent an important improve It has been possible to establish correlations between simulation models and the resultant microstructures of the real melting processes originated during welding processes which allow to predict the structures which will be obtained after the welding. In addition to that it is possible to complete a complete micrographic and chemical analysis of the different phases and microconstituents created during welding, due to these results and hypothesis to explain the corrosion behavior of these welded alloys. Corrosion tests carried out have allowed defining mathematical correlations to predict corrosion rates of this kind of alloys. From a designing point of view, the results obtained in this work will let other investigators and designers to make decisions taking into account which implications have the different options from a metallurgical, mechanic and corrosive point of view. Finally we would like to indicate that thanks to this work it has been possible to define mathematical models to predict the corrosion behavior, the causes and the mechanism of this corrosion in the AZ31 welding sheets have been also determined and the reasons for using of one filler metal or another, the developed simulation models have also help to get a better understanding of the result microstructure determining the phases and the microconstituents present in the welding of this alloys.

Funcionalización de superficies metálicas mediante procesos láser

El presente trabajo tiene dos objetivos diferenciados. El primero de ellos tiene un punto de vista más ingenieril que es el de obtener una gama cromática extensa y parametrizar los colores para su reproducción en aplicaciones industriales. El segundo, desarrollar y proponer un modelo numérico óptico de interferencia en láminas delgadas que describa y relacione el espesor de la capa de óxido obtenida por marcado láser con el color obtenido en la superficie procesada. Para desarrollar ambos estudios ha sido necesaria una extensa búsqueda bibliográfica para comprender el proceso de formación de la capa de óxido y los compuestos que se generaban en la misma. Como objetivo para la gama cromática se buscaba obtener un total de doce colores. No se han obtenido dos de los colores primarios considerados pero sí una extensa gama de colores intermedios, muy superior en número objetivo, que evidencian el potencial que tiene el procesado láser para la obtención de colores en la superficie de acero inoxidable. Para conseguir obtener la gama cromática ha sido necesaria la realización de ensayos para parametrizar el haz láser. Se ha estudiado la estabilidad de la potencia media de pulso, se ha calculado indirectamente la cintura del haz y se ha medido el tamaño del spot láser a distintas cotas respecto del plano focal. El modelo óptico de interferencia en capa delgada ha sido comparado con un ensayo en el que se midieron las reflectancias en muestras de acero procesadas con láser. Este ensayo ha permitido dilucidar que la composición de la capa de óxido introducida en el modelo que más se aproxima a los resultados, entre las tres composiciones consideradas, se compone de un 50% de cromita y 50% de magnetita, considerando una relación lineal y directamente proporcional entre la proporción de los mismos y sus propiedades ópticas. A nivel cualitativo, se pueden relacionar los colores encontrados en los aceros con el modelo óptico en función de las reflectancias predominantes para cada espesor de capa de óxido de forma que exista una relación directa entre tamaño de la capa de óxido y densidad de energía depositada en la muestra. Aunque ajustar y validar un modelo óptico está fuera del alcance del proyecto, el resultado anterior permite justificar y afirmar que el fenómeno de interferencia óptica está presente entre los fenómenos que generan el color en la superficie del acero tras procesado láser. También se comprueba en el trabajo, a través de un ensayo que mide la rugosidad superficial de las muestras obtenidas, que la rugosidad es un parámetro que afecta en gran medida al resultado que se obtiene tras el procesado láser. El presente trabajo tiene un gran interés industrial. El marcado láser presenta una gran versatilidad por las distintas aplicaciones en las que puede emplearse. Es muy utilizado para crear métodos de identificación por su flexibilidad y rapidez y su carácter indeleble, económico y prácticamente ausente de mantenimiento. La alta inversión inicial es rentable para grandes niveles de producción por su velocidad de producción, repetitividad y facilidad de automatización. Puede ejercer una influencia importante en el control del stocks y en el seguimiento del ciclo de vida del producto. La amplia gama cromática obtenida en este trabajo amplía las posibilidades de este proceso en la práctica industrial y, por tanto, su valor como proceso.

Educación Superior de la Ingeniería Industrial en el Perú: propuesta de un modelo educativo desde las competencias

El objetivo del presente trabajo de investigación es diseñar un Modelo de Educación que permita formar ingenieros industriales en Perú que sean capaces de enfrentar los retos modernos de fuerte y sostenido crecimiento económico y social. Las necesidades que se han generado a lo largo de los últimos años llevan a identificar que una gran carencia es el poco dominio del concepto, naturaleza y gestión de un proyecto y la marcada ausencia de habilidades humanas y funcionales al momento de ejercer la profesión; entendiendo proyecto como “Un esfuerzo temporal que se lleva a cabo para crear un producto, servicio o resultado único. La naturaleza temporal de los proyectos indica un principio y un final definidos. El final se alcanza cuando se logran los objetivos del proyecto o cuando se termina el proyecto porque sus objetivos no se cumplirán o no pueden ser cumplidos, o cuando ya no existe la necesidad que dio origen al proyecto…. los proyectos pueden tener impactos sociales, económicos y ambientales susceptibles de perdurar mucho más que los propios proyectos.”1. Entonces, formularnos la hipótesis que es posible tener un modelo educativo para la Ingeniería Industrial de Perú que permita y estimule alcanzar estas características tan reclamadas por la sociedad, confiando desde el inicio que su diseño y empleo tendrá fuerte repercusión tanto en el desarrollo personal de los estudiantes, como en el social y económico, por las habilidades y condiciones que serán capaces de desplegar los egresados en sus ámbitos de acción laboral. Para lograr el objetivo se ha hecho una definición de la identidad de la universidad latinoamericana y una verificación de si es posible o no tomar modelos y experiencias de otros lugares y trasladarlos con éxito a escenarios nuevos y distintos. Luego, se han determinado las tendencias más fuertes en la formación de ingenieros industriales en los contextos más exitosos actualmente. Para definir esas habilidades tan reclamadas por el sector público y privado de la sociedad, se busca y define una codificación de competencias genéricas que permite tener un ingeniero moderno bien perfilado para las exigencias globales. Los pasos finales son determinar el Modelo para la Educación Superior de la Ingeniería Industrial de Perú desde las Competencias (MESIC) a partir de novedosos enfoques para la educación como la contextualización, la gestión del conocimiento experto y experimentado, el enfoque socioformativo y la definición de Aspectos Clave del modelo antes de iniciar una planificación curricular de ingeniería. Al final se muestra una aplicación del modelo llegando a detalles de definición de competencias muy interesantes y a la necesidad de contar con un sistema de aseguramiento de calidad de la gestión curricular. Al término de la investigación concluimos que es posible definir un modelo apropiado para formar ingenieros industriales en Perú desde las competencias, capaces de enfrentar los modernos retos locales y globales. También determinamos que el proceso no puede ser impuesto, debe pasar por un transitorio periodo de adecuación de docentes y alumnos y requiere de compromiso, pues se suele enfocar este cambio como una forma de desestimar todo lo anterior, cuando debe entenderse que son procesos complementarios, ya que los importantes logros con clases magistrales y resolución de problemas son evidentes y se trata de estilos diferentes de encarar la educación. El resultado de la imposición puede ser devastador para algunos estudiantes y frustrante para algunos docentes, consecuencias que no se desean y deben evitarse. La aplicación se realiza en una universidad del norte de Perú, la Universidad de Piura, y puede observarse en el último capítulo de este trabajo. ABSTRACT The main objective of this research is to find an Educational Modell in order to train industrial engineers in Peru who are able to face modern challenges of strong and sustained economic and social growth. Over recent years the generated needs have led to understand that a major weakness in our professionals is the poor skills in project management and the marked absence of functional and human skills when exercising the profession. This diagnose has led to formulate the hypothesis that it is possible to have an educational model for Peru Industrial Engineering that allows and encourages to achieve these features which are claimed by society. A project which we trust will have a strong impact from the beginning on both, personal development of students as well as in the social and economic conditions, considering the skills graduates will be able to deploy in their work fields. To achieve the goal first it was defined the identity of the Latin American university and verified whether it is possible or not to take models and experiences elsewhere and move successfully to new and different scenarios. Then there were determined the strongest trends in the industrial engineers training in currently successful contexts. In order to define these demanded skills by the public and private sectors of society, there are defined a set of generic skills that allows to have a modern engineer well profiled for global context. Considering these elements, a Model for Higher Education in Industrial Engineering from Peru Competence (MESIC)is proposed considering novel approaches to education such as territoriality, skilled and experienced knowledge management, socio - formative approach and set the definition of Key aspects of the model before starting a engineering curricular planning. Finally detailed records of an application of the model is shown through modern learning methodologies, development and assessment of skills and the need to have a quality assurance system for entire curriculum management. Through this research it can be concluded that it is possible to determine an appropriate model to train industrial engineers in Peru from the skills, in order to meet the modern local and global challenges. Results show that the process cannot be imposed, instead it must go through a transitional period of adaptation from teachers and students and requires commitment, focusing that this change usually is a way to dismiss the above, and is important to address that there are obvious achievements on education lectures and problem solving, and it should be understood that they are complementary processes. The result of change imposition can be devastating for some students and frustrating for some teachers, unwanted consequences and they should be avoided. The proposed model is applied at a university in northern Peru, the University of Piura, and the results can be seen in the last chapter of this work.