Numerical Prediction of Deformations in Laser Welded Sheets Made Of X5CrNi18-10 Steel

• Autorzy: Piekarska W. , Kubiak M. , Saternus Z. , Domański T. , Stano S.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0334

Warianty tytułu

PL

Prognozowanie numeryczne odkształceń płaskowników ze stali X5CrNi18-10 spawanych laserowo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work concerns the numerical modelling of coupled thermal and mechanical phenomena occurring in the laser beam welding process. Commercial Abaqus FEA engineering software is adopted to numerical computations in order to perform a comprehensive analysis of thermo-mechanical phenomena. Created in Fortran programming language additional numerical subroutines are implemented into Abaqus solver, used to describe the power intensity distribution of the movable laser beam heat source. Temperature dependent thermomechanical properties of X5CrNi18-10 steel are adopted in the numerical analysis of stress and strain states. Mathematical and numerical models are verified on the basis of a comparison between selected results of computer simulations and experimental studies on butt-welded joints. Numerical simulations are presented for steel sheet with a thickness of 2 mm. Temperature distributions, the shape and size of melted zone as well as residual stress and deformations are presented for analyzed elements. Numerically determined deflections are compared with the measured deflection of welded joint.

PL

Praca dotyczy modelowania numerycznego sprzężonych zjawisk cieplnych i mechanicznych występujących w procesie spawania z zastosowaniem wiązki promieniowania laserowego. W celu przeprowadzenia kompleksowej analizy zjawisk termomechanicznych zaadaptowano do obliczeń numerycznych komercyjny pakiet oprogramowania inżynierskiego Abaqus FEA. W programie zaimplementowano dodatkową procedurę numeryczną utworzoną w języku programowania Fortran, służącą do opisu rozkładu intensywności mocy ruchomego źródła ciepła wiązki laserowej. W prognozowaniu numerycznym naprężeń i odkształceń uwzględniono zależne od temperatury własności termomechaniczne dla przyjętej w obliczeniach stali X5CrNi18-10. Weryfikacje modeli matematycznych i numerycznych przeprowadzono w oparciu o porównanie wybranych wyników symulacji komputerowej z badaniami doświadczalnymi połączeń spawanych doczołowo. Symulacje numeryczne spawania laserowego przedstawiono dla płaskownika o grubości 2 mm. Wyznaczono rozkłady temperatury, określono kształt i wielkość strefy przetopienia złącza spawanego oraz naprężenia własne i deformacje. Wyznaczone numerycznie ugięcia porównano z wynikami pomiarów ugięć połączenia spawanego.

Słowa kluczowe

EN

laser welding; numerical modelling; ABAQUS; deformations; stainless steel

PL

spawanie laserowe; modelowanie numeryczne; Abaqus; odkształcenia; stainless steel

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 3A
• Strony: 1965--1972
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Piekarska W.

• Czestochowa University of Technology, Institute of Mechanics And Machine Design Foundations, 73 Dąbrowski Str., 42-200 Częstochowa, Poland

autor

Kubiak M.

• Czestochowa University of Technology, Institute of Mechanics And Machine Design Foundations, 73 Dąbrowski Str., 42-200 Częstochowa, Poland

autor

Saternus Z.

• Czestochowa University of Technology, Institute of Mechanics And Machine Design Foundations, 73 Dąbrowski Str., 42-200 Częstochowa, Poland

autor

Domański T.

• Czestochowa University of Technology, Institute of Mechanics And Machine Design Foundations, 73 Dąbrowski Str., 42-200 Częstochowa, Poland

autor

Stano S.

• Welding Institute, 16-18 Błogosławionego Czesława Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] D. Deng, H. Murakawa, Comp Mater Sci. 43, 353 (2008).
• [2] H. Long, D. Gery, A. Carlier, P. G. Maropoulos, Mater Design. 30, 4126 (2009).
• [3] D. Deng, Mater Design. 30, 359 (2009).
• [4] D. Gery, H. Long, P. Maropoulos, J Mater Process Tech. 167, 393 (2005).
• [5] J. Pilarczyk, M. Banasik, J. Stano, Przeglad Spawalnictwa. 5-6, 6 (2006).
• [6] M. Węglowski, S. Stano et al., Mater Sci Forum. 638-642, 3739 (2010).
• [7] W. Piekarska, Numerical analysis of thermomechanical phenomena during laser welding process. The temperature fields, phase transformation and stresses, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej (2007).
• [8] A. Bokota, W. Piekarska, Paton Weld J. 6, 19 (2008).
• [9] P. Lacki, Z. Kucharczyk, R. E. Śliwa, T. Gałaczyński, Arch Metall Mater. 58, 597 (2013).
• [10] W. Piekarska, M. Kubiak, Z. Saternus, Arch Metall Mater. 58, 1391 (2013).
• [11] Z. Moumni, F. Roger, N. Thuy Trinh, Int J Plasticity. 27, 414 (2011).
• [12] L. Tian, Y. Luo, Y. Wang, X. Wu, Mater Design. 54, 458 (2014).
• [13] X. Shan, C. M. Davies, T. Wangsdan, N. P. O'Dowd, K. M. Nikbin, Int J Pres Ves Pip. 86, 110 (2009).
• [14] A. Anca, A. Cardona, J. Risso, et al., Appl Math Model. 35, 688 (2011).
• [15] Abaqus theory manual, Version 6.7, SIMULIA Dassault System (2007).
• [16] Z. Malinowski, T. Telejko, B. Hadała, Arch Metall Mater. 57, 325 (2012).
• [17] L. Sowa, A. Bokota; Archives of foundry engineering. 11, 139 (2011).
• [18] S. A. Tsirkas, P. Papanikos, Th. Kermanidis, J Mater Process Tech. 134, 59 (2003).
• [19] L. Sowa, Archives of foundry engineering. 14, 103 (2014).
• [20] T. Skrzypczak, E. Węgrzyn-Skrzypczak, Int J Heat Mass Tran. 55, 4276 (2012).
• [21] A. Bokota, T. Domański, Arch Metall Mater. 52, 277 (2007).
• [22] A. Bokota, T. Domański, Arch Metall Mater. 54, 575 (2009).
• [23] W. Piekarska, M. Kubiak, Z. Saternus, K. Rek, Arch Metall Mater. 58, 1237 (2013).
• [24] D. Deng, H. Murakawa, Comp Mater Sci. 37, 269 (2006).