تأثیر خواص فیزیکی وابسته به دما در مدل‌سازی اجزای محدود جوشکاری لیزری آلیاژ تیتانیوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز

2 دکترای تخصصی، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز

3 فیزیک لیزر، دانشگاه تبریز، تبریز

چکیده

در این پژوهش تأثیر استفاده از خواص حرارتی متغیر و همچنین ثابت نسبت به تغییرات دما، در دقت شبیه‌سازی عددی جوشکاری لیزری آلیاژ تیتانیوم Ti60، مورد مطالعه قرار گرفته است. یک مدل المان محدود از قطعه ورق آلیاژ Ti60 به ضخامت سه میلی‌متر ساخته شده و با استفاده از منبع حرارتی سه بعدی متحرک، تحت تأثیر پرتو لیزر قرار گرفته است. به منظور تائید صحت مدل‌سازی المان محدود، نتایج حاصل با نتایج داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شده و همچنین تأثیر تعداد المان‌های مدل اجزای محدود نیز بر روی نتایج، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدل‌سازی اجزای محدود نشان دادند که انجماد از ناحیه زیرین قطعه ورق شروع می‌شود و به طرف بالای ورق و در راستای درز جوش، پیشروی می‌کند. همچنین، در حالت استفاده از خواص چگالی، ظرفیت حرارتی و ضریب هدایت متغیر با درجه حرارت، بهترین نتایج به دست می‌آید. استفاده از چگالی ثابت موجب کاهش کمی در مقادیر حداکثر درجه حرارت و ابعاد حوضچه جوش و استفاده از ظرفیت حرارتی ثابت موجب افزایش این مقادیر می‌شود ولی این تغییرات در حدی هستند (زیر 2%)، که می‌توان از چگالی و ظرفیت حرارتی ثابت در مدل‌سازی کل فرآیند جوشکاری لیزری، استفاده کرد. ولی استفاده از ضریب هدایت حرارتی ثابت خطای زیادی در مقادیر حداکثر درجه حرارت (حدود دو برابر در مقدار این پارامتر) و ابعاد حوضچه مذاب ایجاد می‌کند و نمی‌توان مقدار این پارامتر را در شبیه‌سازی جوشکاری لیزری، ثابت فرض کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of temperature-dependent physical properties on finite element modeling of laser welding of titanium alloy

نویسندگان [English]

  • Farid Vakili Tahami 1
  • Hamed Halimi Khosroshahi 2
  • Ebrahim Safari 3
1 Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
3 Department of Physics, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

This study investigates the effect of using temperature-dependent and constant thermophysical properties on the precision of numerical simulation in the laser welding of titanium Ti60 alloy. A finite element model is made for 3 mm thick Ti60 alloy sheet piece and is affected by the laser beam using a three-dimensional moving heat source. For verification of the finite element model, the numerical results are compared with the results of experimental data. Also, the influence of the number of elements on the results is investigated. The results of the finite element modelling showed that the solidification starts from the bottom of the melt pool and progresses to the top of the sheet and along the weld seam. Also, the best results are obtained with all the thermophysical properties of density, thermal capacity and conductivity were temperature-dependent. The use of constant density reduces the maximum values of the temperature and dimensions of the weld pool, and the use of constant heat capacity increases these values. Still, these changes are such that (less than 2%), constant density and thermal capacity can be used to model the whole laser welding process. However, the use of constant thermal conductivity causes a large error in the maximum values of the temperature (about twice the value of this parameter), and the dimensions of the melt pool, and this parameter cannot be assumed constant in the simulation of laser welding.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser Welding
  • Finite Elements Method
  • Melt Pool
  • Ti60 Titanium Alloy