Computer simulation of temperature field in laser beam welded lap joint

• Autorzy: Piekarska W. , Kubiak M. , Saternus Z.

Warianty tytułu

PL

Symulacja komputerowa pola temperatury w połączeniu zakładkowym spawanym wiązką laserową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper concerns numerical analysis of thermal phenomena in lap joint made of high strength steel welded by a laser beam. Temperature field was obtained basing on the solution into energy conservation equation with Fourier law, using finite element method in ABAQUS FEA. Laser beam heat source power distribution was described by cylindrical-involution-normal model. Heat source movement was modelled using DFLUX subroutine. Thermo-physical parameters varying with temperature as well as latent heat of fusion with assumed linear approximation of solid fraction in the mushy zone were taken into account in calculations. The shape and size of the weld and heat affected zone were numerically estimated.

PL

Artykuł dotyczy numerycznej analizy zjawisk cieplnych w połączeniu zakładkowym blach ze stali o podwyższonej wytrzymałości, spawanych wiązką laserową. Pole temperatury wyznaczono z rozwiązania równania zachowania energii i z prawa Fouriera metodą elementów skończonych. Do tego celu wykorzystano program ABAQUS FE A. Rozkład intensywności mocy źródła ciepła wiązki laserowej opisano modelem cylindryczo-potęgowo-normalnym. W modelowaniu ruchu źródła ciepła wykorzystano procedurę DFLUX. W obliczeniach przyjęto zmienne z temperaturą właściwości termofizyczne oraz ciepło krzepnięcia w obszarze dwufazowym, z założeniem liniowego przyrostu fazy stałej. Oszacowano numerycznie kształt i wielkość spoiny oraz strefy wpływu ciepła złącza spawanego.

Słowa kluczowe

EN

laser beam welding; lap joint; temperature field; numerical modelling

PL

spawanie laserowe; połączenie zakładkowe; pole temperatury; modelowanie numeryczne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
• Czasopismo: Archives of Mechanical Technology and Automation
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 32, no. 1
• Strony: 37--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Piekarska W.

autor

Kubiak M.

autor

Saternus Z.

• Institute Mechanics and Machine Design Foundations, Czestochowa University of Technology

Bibliografia

• [1] Baysore J. K., Williamson M. S., Adonyi Y., Milian J. L., Laser beam welding and form-ability of tailored blanks, Welding Journal, 1995, vol. 74, p. 345-352.
• [2] Choa S. K., Yanga Y. S. Sona K. J., Kimb J. Y., Fatigue strength in laser welding of the lap joint, Finite Elements in Analysis and Design, 2004, vol. 40, p. 1059-1070.
• [3] Dowden J. M., The mathematics of thermal modeling, Taylor & Francis Group, USA, 2001.
• [4] Kong F., Kovacevic R., 3D finite element modeling of the thermally induced residual stress in the hybrid laser/arc welding of lap joint, Journal of Materials Processing Technology, 2010, vol. 210, p. 941-950.
• [5] Kumar S., Bhaduri S. C., Three-dimensional finite element modeling of gas metal-arc welding, Metallurgical and Materials Transactions B, 1994, vol. 25B, p. 435-441.
• [6] Long H., Gery D., Carlier A., Maropoulos P., Prediction of welding distortion in butt join of thin plates, Materials & Design, 2009, vol. 30, p. 4126-4135.
• [7] Mackwood A. P., Cafer R. C., Thermal modelling of laser welding and related processes: a literature review, Optics and Laser Technology, 2005, vol. 37, p. 99-115.
• [8] Piekarska W., Bokota A., Kubiak M., Numerical simulation of thermal phenomena and phase tansformations in laser-arc hybrid welded joint, Archives of Metallurgy and Materials,
• [9] Piekarska W., Kubiak M., Three-dimensional model for numerical analysis of thermal phenomena in laser-arc hybrid welding process, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2011, vol. 54, no. 23-24, p. 4966-4974.
• [10] Pilarczyk J., Banasik M., Dworak, Stano S., Technologie zastosowania wiązki laserowej w Instytucie Spawalnictwa, Przegląd Spawalnictwa, 2006, vol. 5-6, p. 6-10.
• [11] Ranatowski E., Uwagi o modelowaniu procesów cieplnych przy użyciu skoncentrowanych źródeł energii, Przegląd Spawalnictwa, 2002, vol. 8-10, p. 152-155.
• [12] Ranatowski E., Thermal modelling of laser welding. Part I: The physical basis of laser welding, Advances in Materials Science, 2003, vol. 3, p. 34-40.
• [13] SIMULIA, Dassault System, Abaqus analysis user’s manual. Version 6.7, 2007.
• [14] SIMULIA, Dassault System, Abaqus theory manual. Version 6.7, 2007.
• [15] Tsirkas S. A., Papanikos P., Kermanidis Th., Numerical simulation of the laser welding process in butt-joint specimens, Journal of Materials Processing Technology, 2003, vol. 134, p. 59-69. 2011, vol. 56, 2, p. 409-421.