Numerical modelling of thermal phenomena in laser beam and hybrid welding processes using Abaqus FEA

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

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne zjawisk cieplnych w procesie spawania laserowego i hybrydowego z wykorzystaniem Abaqus FEA

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper concerns numerical analysis of thermal phenomena accompanying laser beam and laser-arc hybrid welding processes. Temperature field was obtained on the basis of the solution into energy conservation equation with Fourier law using finite element method. ABAQUS/Standard solver was used for calculations. Electric arc and laser beam heat sources were described respectively by “double ellipsoidal” heat source and Gaussian distribution with assumption of linear decrease of heat source power intensity with material penetration deep. Heat source movement along welded plate was obtained using DFLUX subroutine. Thermo-physical parameters dependant on temperature as well as latent heat of fusion were taken into account in FE analysis. The results of calculations include temperature field in rectangular elements butt welded by a single laser beam and hybrid laser-arc technique.

PL

Praca dotyczy analizy numerycznej zjawisk cieplnych towarzyszących procesom spawania wiązką laserową oraz spawania hybrydowego laser-łuk elektryczny. Rozkłady temperatury otrzymano z numerycznego rozwiązania równania zachowania energii z prawem Fouriera metodą elementów skończonych. Do obliczeń wykorzystano moduł obliczeniowy ABAQUS/Standard. Do opisu rozkładu mocy łuku elektrycznego wykorzystano model „podwójnie elipsoidalny”, natomiast rozkład mocy wiązki laserowej opisano modelem gaussowskim z uwzględnieniem liniowego spadku intensywności mocy źródła z głębokością penetracji materiału. Symulację ruchu źródła spawającego uzyskano dzięki zastosowaniu procedury DFLUX. W analizie uwzględniono zmienne z temperaturą własności termofizyczne a także ciepło krzepnięcia w obszarze dwufazowym. Wyniki obliczeń numerycznych obejmują rozkłady temperatury w elementach prostopadłościennych spawanych doczołowo wiązką laserową i techniką hybrydową laser-łuk elektryczny.

Słowa kluczowe

EN

laser beam welding; hybrid welding; temperature field; finite element analysis

PL

spawanie laserowe; spawanie hybrydowe; pole temperatury; analiza elementów skończonych

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, iss. 2 spec.
• Strony: 185--190
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Piekarska W.

• Department of Mechanics and Machine Design Foundations, Czestochowa University of Technology, Dabrowskiego 73, 42-200 Czestochowa, Poland

autor

Kubiak M.

• Department of Mechanics and Machine Design Foundations, Czestochowa University of Technology, Dabrowskiego 73, 42-200 Czestochowa, Poland

autor

Saternus Z.

• Department of Mechanics and Machine Design Foundations, Czestochowa University of Technology, Dabrowskiego 73, 42-200 Czestochowa, Poland

Bibliografia

• [1] S. Kumar, S.C. Bhaduri, Three-dimensional finite element modeling of gas metal-arc welding, Metallurgical and Materials Transactions B, 25B (1994) 435-441.
• [2] H. Long, D. Gery, A. Carlier, P. Maropoulos, Prediction of welding distortion in butt join of thin plates, Materials & Design, 30 (2009) 4126-4135.
• [3] D. Gery, H. Long, P. Maropoulos, Effects of welding speed, energy input and heat source distribution on temperature variations in butt joint welding, Journal of Materials Processing Technology, 167 (2005) 393-401.
• [4] A. Bokota, W. Piekarska, Numerical modeling of residual stresses in a dual laser beam welding, Metalurgija (2010) vol. 49 156-160.
• [5] Abaqus analysis user’s manual. Version 6.7, SIMULIA, Dassault System (2007).
• [6] Abaqus theory manual. Version 6.7, SIMULIA, Dassault System (2007).
• [7] S.A. Tsirkas, P. Papanikos, Th. Kermanidis, Numerical simulation of the laser welding process in butt-joint specimens, J.of Materials Processing Techn., 134 (2003) 59-69.
• [8] W. Piekarska, Numerical analysis of thermomechanical phenomena during laser welding process. The temperature fields, phase transformations and stresses, Monograph 135, Częstochowa (2007) (in Polish).
• [9] C. Bagger, F.O. Olsen, Review of laser hybrid welding, Journal of Laser Applications, 17, 1 (2005).
• [10] W. Piekarska, M. Kubiak, The influence of chosen hybrid laser - arc welding parameters on a weld shape, Metalurgija, 49, 2 (2010) 361-365.
• [11] B. Mochnacki, A. Nowak, A. Pocica, Numerical model of superficial layer heat treatment using the TIG method, ED.: K. Świątkowski, Com. of Met. Pol. Ac. of Sci, (2002) vol. 2, 229-235.
• [12] J. A. Goldak, Computational Welding Mechanics, Springer, New York (2005).