Modeling of Inconel 625 TIG welding process

• Autorzy: Siwek A. , Rońda J. , Banaś K. , Cybulka P. , Michalik K. , Płaszewski P.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie spawania metodą TIG stopu Inconel 625

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Inconel 625 alloy is widely used in the aerospace industry because of its high strength, especially at high temperatures, corrosion resistance and excellent weldability. The study presents modeling of the TIG welding process using a Gaussian heat source. The calculations were performed using our in-house software Mod_FEM_met, designed for modeling, among others, welding processes using finite element method and employed as a service of PL-Grid+ infrastructure. The program has a modular structure, with the modules for solving the Navier-Stokes and heat transport equations together with a coupling super-module used in welding simulations. To increase computing speed and accuracy in areas with large error of approximation, adaptive meshes were used. Calculations were performed for plate made of Inconel 625. In the calculations the temperature dependent properties of Inconel 625 alloy, as well as thermal phenomena at the edges and inside the weld pool were taken into consideration. The results of the calculations include the dimensions and shape of the weld pool, as well the velocity and temperature fields. The results indicate how the efficiency of heat source can be used as a parameter to optimize the fitting of calculations to the experimental data.

PL

Stop typu Inconel 625 jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i kosmicznym ze względu na swoją wysoką wytrzymałość szczególnie w wysokich temperaturach, odporność na korozję i doskonałą spawalność. W pracy modelowano proces spawania TIG wykorzystując gaussowskie źródło ciepła. Obliczenia przeprowadzono wykorzystując własne oprogramowanie Mod_FEM_met, będące usługą infrastruktury PLGrid+, przeznaczone między innymi do modelowania procesu spawania za pomocą metody elementów skończonych. Program posiada strukturę modularną, w której wykorzystano moduły do rozwiązywania równań Naviera-Stokesa i transportu ciepła wraz z nadrzędnym modułem sprzęgającym użytym do modelowania spawania. Aby zwiększyć szybkość i dokładność obliczeń, w miejscach o dużym błędzie aproksymacji wykorzystano adaptacyjną siatkę. Obliczenia wykonano dla płytki wykonanej ze stopu Inconel 625. W obliczeniach uwzględniono zależność własności stopu Inconel 625 od temperatury oraz zjawiska termiczne na brzegach i wewnątrz obszaru jeziorka spawalniczego. Wynikiem obliczeń są wymiary i kształt jeziorka spawalniczego, pola prędkości i temperatury. Wyniki obliczeń wskazują, że parametrem optymalizującym dopasowanie wyników obliczeń do danych eksperymentalnych może być sprawność źródła ciepła.

Słowa kluczowe

EN

TIG welding; finite element method; SUPG stabilization; mesh adaptation; computational fluid dynamics CFD

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 13, No. 1
• Strony: 181--187
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Siwek A.

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Rońda J.

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Banaś K.

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Cybulka P.

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Michalik K.

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Płaszewski P.

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Banaś, K., 2004a, A model for parallel adaptive finite element software, Lecture Notes in Computational Science and Engineering, 40, 159-166.
• Banaś K., 2004b, Parallelization of large scale adaptive finite element computations, Lecture Notes in Computer Science, 3019, 431-438.
• Banaś, K., 2004c, A modular design for parallel adaptive finite element computational kernels, Lecture Notes in Computer Science, 3037, 155-162.
• Banaś, K., Michalik, K., 2010, Design and development of an adaptive mesh manipulation module for detailed FEM simulation of flows, Procedia Computer Science, 1, 2043-2051.
• Franca, L. P., Frey, S. L., Hughes, T. J. R., 1992, Stabilized finite element methods: I. Application to the advectivediffusive model, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 95, 253-276.
• Franca, L. P., Frey, S. L., 1992, Stabilized finite element methods: II. The incompressible Navier–Stokes equations, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 99, 209-233.
• Goldak, J., Chakravarti, A., Bibby, M., 1984, A New Finite Element Model for Welding Heat Sources, Metallurgical Transactions B, 15B, 299-305.
• Michalik, K., Banaś, K., Płaszewski, P., Cybułka, P., 2013, ModFEM - a computational framework for parallel adaptive finite element simulations, submitted for Kom-PlasTech 2013 conference
• Mod_FEM, 2013, Modular finite element method framework, http://www.modfem.agh.edu.pl.
• Rońda, J., Estrin, Y., Oliver, G. J., 1996, Modelling of welding. A comparison of a thermo-mechano-metallurgical constitutive model with a thermo-viscoplastic material model, J. Mat. Proc. Techn., 60, 629-636.
• Rońda, J., Oliver, G. J., 2000, Consistent thermo-mechanometallurgical model of welded steel with unified approach to derivation of phase evolution laws and transformation-induced plasticity, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 189, 361-417.
• Siwek, A., Didenko, T., 2004, Modelling of heat transfer and fluid flow in laser melted zone, Proc. Conf. KomPlasTech, Zakopane, eds, Pietrzyk, M., Kusiak, J., Grosman, F., Piela, A., 187-194 (in Polish)
• Voller, V. R., Prakash, C., 1987, A fixed grid numerical modeling methodology for convection – diffusion mushy region phase - change problems, Int. J. Heat Mass Transfer, 30, 1709-1720.
• Zienkiewicz, O. C., Zhu, J. Z., 1992, The superconvergent patch recovery and a posteriori error estimates, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 33, Part 1: 1331–1364, Part 2: 1365–1382.