Analiza numeryczna wpływu wybranych parametrów spawania na stan naprężenia i deformacje w połączeniu zakładkowym spawanym laserowo

• Autorzy: Saternus Z. , Piekarska W. , Kubiak M. , Domański T. , Goszczyńska-Króliszewska D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/24.2018.1.7

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of the influence of chosen welding parameters on stress state and deformation in laser welded lap joints

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera analizę numeryczną zjawisk termomechanicznych występujących w procesie spawania laserowego złącza zakładkowego. W pracy analizowano wpływ parametrów procesu spawania na stan naprężenia oraz wielkość powstałych deformacji. Modelowanie numeryczne procesu spawania laserowego wykonano w pakiecie inżynierskim Abaqus FEA. Solver obliczeniowy programu Abaqus/Standard został uzupełniony o dodatkowe procedury numeryczne umożliwiające modelowanie rozkładu mocy ruchomego źródła spawającego. Obliczenia zostały podzielone na dwa etapy. Wstępnie została przeprowadzona analiza numeryczna zjawisk cieplnych w celu oszacowania kształtu strefy przetopienia. W drugim etapie obliczeń wyniki symulacji zjawisk cieplnych posłużyły do budowy modelu numerycznego, w którym uwzględniono kształt strefy przetopienia. Na styku łączonych elementów przyjęto odpowiednie warunki kontaktu między łączonymi elementami. Na podstawie przeprowadzonych symulacji numerycznych wyznaczono rozkład temperatury w spawanym połączeniu, określono kształt i wielkość strefy przetopienia oraz oszacowano uzyskane deformacje złącza spawanego dla różnych parametrów procesu spawania.

EN

The work concerns the numerical analysis of thermomechanical phenomena occurring in the laser welding process of the lap joint. The influence of the process parameters on the stress state and the value of deformation are analyzed. Numerical modeling of a laser welding process is performed in Abaqus/FEA engineering software. The Abaqus/Standard solver used in the analysis is supplemented by additional numerical subroutines which allowed the numerical modeling of a movable welding source. Calculations are performed in two steps. Numerical analysis of thermal phenomena is carried out in order to estimate the shape of the melted zone. Results of thermal phenomena are used in the second stage of calculations to perform a numerical modelling of mechanical phenomena, which take into account the shape of the melting zone. In the contact conditions between joined elements are taken into account in developed model. Temperature distribution, obtained on the basis of numerical simulations, allowed the determination of the shape and size of melted zone. Welding deformations are estimated for various welding parameters.

Słowa kluczowe

PL

spawanie laserowe; analiza numeryczna; zjawiska termomechaniczne; połączenie zakładkowe

EN

laser welding; numerical analysis; thermomechanical phenomena; lap joint

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 85, nr 1
• Strony: 32--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Saternus Z.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

autor

Piekarska W.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

autor

Kubiak M.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

autor

Domański T.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

autor

Goszczyńska-Króliszewska D.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Sága M., Vasko M., Cubonova N., Piekarska W, 2016. Optimisation Algorithms in Mechanical Engineering Applications, Chapter 6, Models, Algorithms and optimisation basis for parameters of thermal phenomena models in laser beam welding, Pearson.
• [2] Kubiak M., Piekarska W., Saternus Z., Domański T. 2016. Numerical prediction of fusion zone and heat affected zone in hybrid Yb:YAG laser plus GMAW welding process with experimental verification, Procedia Engineering, 136: 88-94.
• [3] Pilarczyk J., Banasik M., Stano S., Dworak J. 2011. Laser joining with wire filler material and mechanical seam tracing system, Przegląd Spawalnictwa, 12: 9-14.
• [4] Kubiak M., Piekarska W., Saternus Z., Stano S., Domański T. 2015. Numerical Prediction Of Deformations In Laser Welded Sheets Made Of X5CrNi18-10 Steel, Arch Metall Mater, 60(3) 1965-1972.
• [5] Moraitis G.A., Labeas G.N. 2008. Residual stress and distortion calculation of laser beam welding for aluminum lap joints, J Mater Process Tech, 198(1-3): 260-269.
• [6] Zhang S. 2002. Stresses in Laser-Beam-Welded Lap Joints Determined by Outer Surface Strains, Welding Research, 14-18.
• [7] Miyazaki Y., Furusako S. 2007. Tensile Shear Strength of Laser Welded Lap Joints, Nippon Steel Technical Report, 95: 28-34.
• [8] Choa S. K., Yanga Y. S., Sona K. J., Kim J. Y. 2004. Fatigue strenght in laser welding of the lap joint. Finite Elements in Analysis Design, 40: 1059-1070.
• [9] Wei H., He Q., Chen J. S., Wang H. P., Carlson B. E. 2016 Coupled thermal-mechanical-contact analysis of hot cracking in laser welded lap joints, Journal of Laser Applications, 29(2).
• [10] Piekarska W., Goszczyńska-Króliszewska D., Domański T., Bokota A. 2017. Analytical and Numerical Model of Laser Welding Phenomena with the Initial Preheating, Procedia Engineering, 177: 149-154.
• [11] SIMULIA. 2007. Abaqus FEA theory manual. Version 6.7, Dassault System.
• [12] Tsirkas S. A., Papanikos P., Kermanidis Th. 2003. Numerical simulation of the laser welding process in butt-joint specimens, Journal of Materials Processing Technology, 134: 59-69.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).