Wpływ parametrów obróbki laserowej na kształt strefy przetopionej o charakter cyklów cieplnych w stali

• Autorzy: Siwek A. , Didenko T.

Warianty tytułu

EN

Influence of laser processing on shape of melted zone and character of thermal cycles in steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaprezentowano trójwymiarwy model matematyczny laserowego przetapiania stali. Obejmuje on poruszające się wzdłuż próbkigaussowskie źródło ciepła. Zastosowano nieliniowe zależności własności cieplnych i mechanicznych od temperatury oraz uwzględniono wpływ składu chemicznego materiału przetapianego. Pokazano, że proces przetapiania jest głównie kontrolowany wartością i znakiem gradientu napięcia powierzchniowego. Dla większości stali napięcie powierzchniowe jest ściśle związane z zawartością siarki. Przeprowadzono obliczenia dla trzech zawartości siarki i dwóch prędkości przetapiania. Obliczono krzywe nagrzewania i chłodzenia w obrabianym laserowo materiale, opierając się na numerycznym rozwiązaniu równań zachowania masy, pędu i energii w układzie trójwymiarowym.

EN

In this work three - dimensional mathematical model of laser melting of steel is presented. It includes Gaussian source of heat moving along the specimen. Nonlinear relationships between thermal and mechanical characteristics and temperature were applied and the influence of chemical composition of melted material has been also taken into consideration. Results of calculations are shown in the form of graphs illustrating liquid movement in melted zone. It was shown that the melting process is mainly controlled by value and gradient sign of surface tension. For most steels the surface tension is closely connected with sulfur content. Calculations were carried out for three values of sulfur content and two melting velocities. Curves of heating and cooling in laser treated material were calculated basing on numerical solution of equations of mass, momentum and engry conversation in three - dimensional layout. Using results of the work it is possible to explain the microstructure arisen after laser melting.

Słowa kluczowe

PL

obróbka laserowa; modelowanie; analiza numeryczna; efekt Marangoniego; konwekcja; geometria strefy przetopionej

EN

laser treatment; simulation; numerical analysis; Marangoni effect; convection; geometry of the remelted zone

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 71, nr 12
• Strony: 583--589
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Siwek A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Didenko T.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• 1. Mazumader J., Steen W. M.: Heat transfer model for CW laser material processing, J. Appl. Phys., t. 51,1980, nr 2, s. 941-947.
• 2. Pitscheneder W., Debroy T., Mundra K., Ebner R.: Role of sulfur and processing variables on the temporal evolution of weld pool geometry during multikilowatt laser beam welding of steel, Weld. J., t. 75, 1996, nr 3, s. 71-80
• 3. Zacharia T., David S. A., Yitek J. M., Debroy T.: Heat transfer during Nd: Yag pulsed laser welding and its effect on solidification structure of austenitic stainless steels, Metali. Trans. A, t. 20A, 1989, s. 957-967
• 4. Choo R. T. C., Szekefy J., David S. A.: On the calculation of free surface temperature of gas-tungsten-arc weld pools from first principles: part II. Modelling the weld pool and comparison with experiments, Metali. Trans. B, t. 23B, 1992, s. 371-384
• 5. Choo R. T. C., Szekely J., WesthoffR. C.: On the calculation of free surface temperaturę of gas-tungsten-arc weld pools from first principles: part I. Modelling the welding are, Metali. Trans. B, t. 23B, 1992, s. 357-369
• 6. Chang W. S., Na S. J.: A study on the prediction of the laser weld shape with varying heat source equations and the thermal distortion of a small structure in micro-joining, J. Mat. Pro. Tech., t. 120, 2002, s. 208-214
• 7. Hirsch C.: Numerical computation of internal and external flows, wyd. New York Wiley, t. 1, 1988, New York
• 8. Batchelor G. K.: Ań Introduction to Fluid Dynamics, wyd. Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1967, England
• 9. Sahoo P., Debroy T., McNallan M. J.: Surface tension of binary metal — surface active solute systems under conditions relevant to welding metallurgy, Metali. Trans. B, t. 19B, 1988, s. 483-491
• 10. Touloukian Y. S.: Thermophysical properties of matter, t.1, 4, 10, 1970-1973, New York