Analiza numeryczna przemian fazowych w SWC połączenia spawanego laserowo ze wstępnym podgrzewaniem

• Autorzy: Piekarska W.

Warianty tytułu

EN

The numerical analysis of phase transformation in the laser welding process with preheating

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono model numeryczny wyznaczania pola temperatury i przemian fazowych podczas spawania laserowego z podgrzewaniem wstępnym przy zastosowaniu podwójnej wiązki laserowej. Jedna z nich, mniejszej mocy, stanowi źródło podgrzewania, druga (główna) jest źródłem spawającym. Przy wyznaczaniu pola temperatury przyjęto gaussowski rozkład wiązki laserowej źródła podgrzewającego i liniowe źródło spawające. Pole temperatury uzyskano z analityczno-numerycz-nego rozwiązania równania przewodnictwa ciepła z członem konwencyjnym. Do rozwiązania równania przewodnictwa zastosowano metodę funkcji Greena. Na podstawie wyznaczonego pola temperatury oszacowano w SWC połączenia spawanego kinetykę przemian fazowych i powstające struktury. Model przemian fazowych w stanie stałym oparto na wykresie chłodzenia ciągłego, równaniach Mehla-Avramiego dla przemian dyfuzyjnych, oraz Koistinena-Marburgera dla przemiany martenzytycznej. Do wyznaczania ułamków faz, uwarunkowanych temperaturą i szybkością chłodzenia, wykorzystano wykres CTPc-S dla stali 18G2AV. Ułamki poszczególnych faz uzyskanych za pomocą modelu własnego porównano z ułamkami wyznaczonymi za pomocą analitycznego modelu przemian fazowych opartego na składzie chemicznym. Wykonano symulacje numeryczne spawania czołowego ze wstępnym podgrzewaniem płaskownika ze stali 18G2AV. Określono kinetykę przemian fazowych podczas spawania, wyznaczono ułamki faz i oszacowano strefę wpływu ciepła. Podano wyniki obliczeń numerycznych.

EN

In the paper the numerical model of temperature field and phase transformations obtaining during laser welding with preheating using binary laser beam is presented. One of them, low power laser beam is the source of preheat, the other one (principal) is the source of welding. To obtain the temperature field, the Gaussian distribution of the laser beam of heat source and linear welding source were assumed. The temperature field was obtained with the use of analytic-numerical solution of thermal conduction with a convection term equation. In order to solve the conductivity equation with convective unit the method of Green function was used. On the basis of determined temperature field the kinetic of phase transformations nascent structures in HAZ of welded joint was estimated. The model of phase transformation in the solid state was based on continuous cooling diagram, Mehl-Avrami equations for diffusive transformations and Koistinen-Marburger equations for the martensitic transformation. To determine particular phase fractions conditioned by temperature and cooling rate the CCT-diagram for the 18G2AV steel was used. The final volume fractions were compared with the determined phase transformations model, in which chemical compositions were taken into account. The numerical simulations of front welding with preheating of 18G2AV steel flat was performed. The kinetics of phase transformations during welding process were determined, phase fractions were defined and heat effected zone was estimated. The results of numerical calculations were given.

Słowa kluczowe

PL

analiza numeryczna; model numeryczny; przemiany fazowe; spawanie laserowe; podgrzewanie

EN

numerical analysis; numerical model; phase transformation; laser welding; preheating

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 4
• Strony: 830--834
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Piekarska W.

• Piekarska, W - Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Częstochowska,

Bibliografia

• [1] Liu Y.-N., Kannatey-Asibu E.: Laser beam welding with simultaneous gaussian laser preheating. Journal of Heat Transfer, Trans. of the ASME, 115, 1993, 34-41
• [2] Klimpel A., Wolnik A.: Spawanie laserem diodowym dużej mocy złączy doczołowych blach ze stali o wysokiej wytrzymałości. Przegląd spawalnictwa 2001, 10-11, 7-12
• [3] Kyrsanidi An.K., Kermanidis Th.B., Pantelakis Sp.G.: Numerical and experimental investigation of the laser forming process. Journal of Materiale Processing Technology, 87, 1999, 281-290
• [4] Pilarczyk J., Banasik M.: Technologiceskoje primenenije elektronnovo i lazernovo luckov, Avtomaticeskaja svarka, 10-11, 2003, 70-76
• [5] Karlsson L., Thermal stresses in welding. Thermal stresses I, Edited by Hetnarski R. B., Elsevier Science Publishers B. V. 1986
• [6] Tanriver U., Longobardi J., Latham W. P., Kar A.: Phase change problem and effects of geometrical constants on weld pool geometry in sheet metal laser welding, Science and Technology of Welding and Joining, 7, 2002, 1, 27-33
• [7] Machnenko V.I., Velikoivanenko E.A., Machnenko O.V., Rozynka G.F., Pivtorak N.I.: Issledovanie vlijanija fazovych prevrascenij na ostatocnye naprjazenija pri svarke kol’cevych stykov trub. Avtomaticeskaja svarka, 5, 2000, 3-8
• [8] Bokota A., Parkitny R.: Modelowanie zjawisk cieplnych, strukturalnych i mechanicznych procesów hartowania elementów stalowych, Monografi a, Informatyka w technologii metali, Praca zbiorowa pod redakcją A. Pieli, F. Grosmana, J. Kusiaka, M. Pietrzyka, Gliwice 2003, 257-296
• [9] Bokota A., Piekarska W.: State stresses in the heat-affected zone during laser welding process. Mechanical Engineering, National Monthly Scientifi c Technical and Industrial Journal (Masinoznavstvo), 6 (72), 2003, 27-32
• [10] Piekarska W.: Matematiceskoe modelirovanie struktury metalla ZTV pri lazernoj svarke., Proc. of Int. Conference Mathematical Modelling and Information Technologies in Welding and Related Processes, ed. V.I. Makhnenko, Kiev, 2002, 114-117
• [11] Cheng-Ji, Notis M.R.: Continuous cooling transformation kinetics of steels: a phenomenological rationalization of experimental observations, Mat. Sc. and Eng, 15, 1995, 135-208
• [12] Denis S., Gutier E., Simon A., Beck G.: Stress-phase-transformation interactions – basic principles modelling, and calculation of internal stresses, Material Science and Technology, 1, 1985, 805-813
• [13] Liu C.C., Liu Z., Xu X.J., Chen G.H., Wu J. Z.: Effect of stress on transformation and prediction of residual stresses. Materials Science and Technology, 14, 7, 1998, 747-750
• [14] Hougardy H.P.: Calculation of the lsotermal Transformation Diagram from Dilatometric Measurements with Continuous Cooling, Metalurgia i Odlewnictwo 13(4), 1987, 421-441
• [15] Pietrzyk M.: Through-process modelling of microstructure evolution in hot forming of steels, J. Materials Processing Technology 2002, 53-62
• [16] Raniecki B., Bokota A., Iskierka S., Parkitny R.: The 3rd International Conference On Quenching And Control Of Distortion, Prage, Czech Republic, 24-26 March 1999, Published by ASM International, 473-484
• [17] Zaiffart P., Kasatkin O.G.: Rascetnye modeli dlja ocenki mechaniceskich svojstv metalla ZTV pri svarke nizkolegirovannych stalej. Proc. of Int. Conference Mathematical Modelling and Information Technologies In Welding and Related Processes, ed. V.I. Makhnenko, Kiev, 2002, 103-106
• [18] Brózda J., Pilarczyk J., Zeman M.: Spawalnicze wykresy przemian austenitu CTPc-S, wyd. Śląsk, Katowice 1983
• [19] Koistinen D.P., Marburger R.E.: A General Equation Prescribing the Extene of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels, Acta Metall., 7, 1959, 59-60