پیشبینی تنشهای پسماند و کرنشهای الاستیک-پلاستیک در جوشکاری لیزری سوراخ کلیدی دیسک غیر همجنس مس و فولاد زنگ نزن 304

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دپارتمان مهندسی مکانیک،دانشکده مکانیک،دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی

2 دپارتمان مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی

10.22075/jme.2020.20751.1919

چکیده

شبیه‌سازی جوشکاری برای اتصال فلزات غیر همجنس به دلیل پیچیدگی‌های زیاد حین فرآیند به وسیله مدلسازی عددی توسعه چشمگیری یافته است. در این پژوهش فرآیند جوشکاری لیزر پیوسته دیسک جهت اتصال غیر همجنس فولاد زنگ نزن 304 به مس شبیه‌سازی شده است. برای این منظور مدلسازی جهت تخمین توزیع دما، پیش‌بینی هندسه و ابعاد سطح مقطع جوش شامل حوضچه جوش و ناحیه متاثر از حرارت با استفاده از توزیع شار حرارتی ترکیبی با کمک نرم افزار آباکوس و سابروتین نویسی دیفلاکس با زبان فرترن پیشنهاد میگردد. پارامتر‌های خروجی اتصال جوش از جمله توزیع دما، توزیع کرنش‌های الاستیک-پلاستیک، هندسه جوش و تنش‌های پسماند مورد بررسی قرار گرفتند. خروجی‌های شبیه‌سازی با مقایسه نتایج آزمایشگاهی گزارش شده سایر محققان برای سه پارامتر در سه سطح اعتبارسنجی شده است. خروجیهای مدل منبع حرارتی پیشنهادی با مقادیر اندازهگیری شده تجربی به خوبی تطابق داشته و دقت مدل عددی پیشنهادی را برای جوشکاری لیزری غیر همجنس نشان می‌دهد. مس به دلیل داشتن ضریب هدایت حرارتی بالاتر حین فرآیند و نیز پس از سرد شدن، حرارت بیشتری را از خود عبور داده و در نتیجه ناحیه متاثر از حرارت به دلیل پایینتر بودن دما در ناحیه مرکزی جوش، کوچکتر بوده و کرنش پلاستیک به طور میانگین در کل عرض مدل برای مس تقریبا 60 درصد یشتر از فولاد میباشد. پس از سرد شدن، تنش‌های پسماند طولی در ناحیه مرکزی برای هر دو جنس کششی بوده که به دلیل بالاتر بودن ضریب انبساط حرارتی فولاد نسبت به مس اندازه تنش‌ها نیز 23 درصد در مرکز جوش بزرگتر هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Prediction of residual stress and elasto-plastic strains distribution in disk keyhole laser welding of dissimilar joining between copper & 304 stainless steel

نویسندگان [English]

  • milad Aghaee Attar 1
  • Majid Ghoreishi 2
1 Mechanical Eng. Department KNToosi University of Technology
2 Mechanical Eng. Department KNToosi University of Technology
چکیده [English]

In this study, a simulation is developed for dissimilar metal sheets followed by a numerical model for laser welding. The continuous disk laser welding process for dissimilar joining between 304 stainless steel and copper is simulated. For this purpose, double conical heat source distribution model was implemented into Abaqus/Standard solver using additional DFLUX subroutine written in the FORTRAN programming language in order to estimating the temperature distribution, prediction the geometry and dimensions of weld cross section including the fusion zone (FZ) and heat affected zone (HAZ). The weld joint output parameters such as temperature, strain distribution, residual stresses and weld geometry were examined. The validation of the simulation output results were confirmed by comparison with the experimental results by other researchers at three level with three input parameters. The results showed that copper, due to the higher thermal conductivity during cooling, passed through more heat at the same period of time, so these results lead to lower temperature in the center of FZ and a smaller HAZ in this dissimilar welding in comparison to similar welding. After cooling time, longitudinal residual stresses in the FZ for both materials were tensile also due to higher thermal expansion coefficient of steels, the quantity of stresses are 23% more than copper. The computed results are well agreed with experimentally measured values and show the robustness of the present numerical model used for dissimilar laser welding.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Continuous disk laser welding
  • finite element method
  • dissimilar joining
  • molten pool geometry
  • Residual Stress
  • thermo-mechanical analysis