Modelowanie spawalniczego źródła ciepła w procesie spawania hybrydowego

• Autorzy: Rochalski D. , Golański D. , Chmielewski T.

Identyfikatory

DOI

10.26628/ps.v89i10.824

Warianty tytułu

EN

Modeling of welding heat source in the hybrid welding process

• Konferencja: 59 Krajowa Naukowo-Techniczna Konferencja Spawalnicza "Spajanie - granice możliwości", Poznań, 10-12 października 2017 r.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Bardzo szybki rozwój technik komputerowych umożliwia obecnie analizę naprężeń spawalniczych dla większości procesów spawania. Dość dobrze opisane są rodzaje spawalniczych modeli źródeł ciepła, które są niezbędne dla wyznaczenia pola temperatury podczas spawania. Występujący przy spawaniu gradient temperatury jest jedną z głównych przyczyn powstawania naprężeń spawalniczych, które mogą znacząco wpływać na trwałość eksploatacyjną złączy spawanych. Stąd, modelowanie pola temperatury przy spawaniu jest jednym z niezbędnych elementów służących oszacowaniu odkształceń i naprężeń w konstrukcjach spawanych. Procesy spawania hybrydowego należą do nowej grupy odmian spawania łączących ze sobą najczęściej dwie klasyczne metody spawania jak np. spawanie laserowe i spawanie GMA czy spawanie plazmowe i spawanie GMA. Modelowanie naprężeń spawalniczych w tego typu odmianach spawania wymaga zdefiniowania nowego rodzaju modelu źródła ciepła łączącego skoncentrowany strumień energii z klasycznym źródełem ciepła, jakie występuje w łuku elektrycznym. W pracy przedstawiono próbę opisu modelu spawalniczego źródła ciepła dla spawania hybrydowego w odmianie łuk plazmowy (spawanie plazmowe) + łuk klasyczny (spawanie GMA). W tym celu zbudowano przestrzenny model numeryczny (MES) dwóch płyt stalowych spawanych doczołowo metodą hybrydową (plazma+GMA). Zamieszczono wyniki symulacji numerycznej pola temperatury powstającego przy spawaniu hybrydowym dla zaproponowanego hybrydowego modelu spawalniczego źródła ciepła. Przeprowadzono dyskusję wyników w odniesieniu do kształtu spoiny hybrydowej uzyskanej dla identycznych parametrów procesu spawania hybrydowego.

EN

The rapid development of computer technology now allows for analysis of welding stresses for most welding processes. The types of welding heat sources that are necessary to determine the temperature field during welding are well described. The temperature gradient that occurs during welding is one of the major causes of welding residual stresses that can significantly affect the service life of welded joints. Hence, modeling the temperature field during welding is one of the necessary elements for estimating deformation and stresses in welded constructions. Hybrid welding processes belong to a new group of welding variants that combine most commonly two conventional welding methods, such as laser welding and GMA welding or plasma welding and GMA welding. Modeling of welding residual stresses in this type of welding requires the definition of a new type of heat source model combining a concentrated stream of energy with the classical heat sources present in the welding arc. The paper presents an attempt to describe the model of heat source used in hybrid welding combining the plasma arc (plasma welding) and electric arc (GMA welding). For this purpose, a 3D numerical model (FEM) of two hybrid welded (plasma+GMA) steel plates was used. The results of the numerical simulations of the temperature field generated by hybrid welding for the proposed hybrid heat source model are presented. Discussion of the results with respect to the shape of the hybrid weld obtained for identical parameters of the hybrid welding process was discussed.

Słowa kluczowe

PL

spawanie hybrydowe; plazma+GMA; modelowanie numeryczne; pole temperatury

EN

hybrid welding; plasma+GMA; numerical modelling; temperature field

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 89, nr 10
• Strony: 98--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Rochalski D.

• Politechnika Warszawska

autor

Golański D.

• Politechnika Warszawska

autor

Chmielewski T.

• Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Komanduri R., Hou, Z.B.: Thermal Analysis of the Arc Welding Process: Part I. General Solutions, Metallurgical and Materials Transactions B, Vol. 31B, pp. 1353-1370, 2000.
• [2] Kowalczyk P., Golański D., Chmielewski T., Włosiński W.: Analiza porównawcza rozkładu temperatury i naprężeń podczas uderzenia cząstki Ti w podłoże metalowe i ceramiczne podczas natryskiwania detonacyjnego, Przegląd Spawalnictwa 6, 2014, s.40-45.
• [3] Golanski D.: Temperature distribution in a cylindrical Al2O3-steel joint during the vacuum brazing cycle, Journal of Materials Processing Technology, vol. 56 (1-4), pp. 945-954, 1996.
• [4] Hudycz M., Chmielewski T., Golański D.: Analysis of Distribution of Temperature and StressesDuring the Friction Metallisation of AlN Ceramics with Titanium, Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach, vol. 60, No. 5, pp. 63-67, 2016.
• [5] Choa J.R., Leea B.Y., Moonb Y.H., Van Tynec C.J.: Investigation of residual stress and post weld heat treatment of multi-pass welds by finite element method and experiments, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 155-156, pp. 1690-1695, 2004.
• [6] Yi H-J, Kim J-Y, Yoon Y-H, Kang S-S: Investigations on welding residual stress and distortion in a cylinder assembly by means of a 3D finite element method and experiments, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 25, Issue 12, pp. 3185-3193, 2011.
• [7] Goldak J., Chakravarti A., Bibby M.: A new finite element model for welding heat sources, Metallurgical Transactions B, vol. 15, no. 2, pp. 299-305, 1984.
• [8] Rochalski D., Golański D., Chmielewski T.: Modele spawalniczych źródeł ciepła w analizie pola temperatury, Przegląd Spawalnictwa vol.89, No. 5/2017, s.109-116.
• [9 ] Shanmugam N. Siva, Buvanashekaran G., Sankaranarayanasamy K.: Some Studies on Temperature Distribution Modeling of Laser Butt Welding of AISI 304 Stainless Steel Sheets, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering Vol. 7, No. 7, 2013, pp. 1532-1541.
• [10] Sun J., Liu X., Tong Y., Deng D.: A comparative study on welding temperature fields, residual stress distributions and deformations induced by laser beam welding and CO2 gas arc welding. Materials and Design, vol.63, 2014, pp. 519–530.
• [11] Reutzel E.W., Kelly S.M., Martukanitz R.P., Bugarewicz M.M., Michaleris P.: Laser-GMA Hybrid Welding: Process Monitoring and Thermal Modelling, in: S.A. David et al. (Eds.), Proceedings of the 7th International Conference on Trends in Welding Research, Callaway Gardens Resort, Pine Mountain, Georgia,USA, 2005, pp. 143-148.
• [12] Katayama S., Naito Y., Uchiumi S., Mizutani M.: Laser-Arc Hybrid Welding, Solid State Phenomena Vol. 127, 2007, pp. 295-300.
• [13] Szulc J., Chmielewski T., Pilat Z.: Zrobotyzowane spawanie hybrydowe Plazma+MAG stali S700 MC, Przegląd Spawalnictwa, vol. 88, Nr 1, s. 40-45.
• [14] Goldsmith A., Waterman T.E., Hirchorn H.J.: Handbook of thermophysical properties of solid materials, New York, 1961.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).