تحليل حرارتي جوشكاري ليزر در اتصال فولاد زنگ نزن با فولاد كم كربن با استفاده از روش المان محدود

Thermal Analysis of Laser Welding in Joint of Stainless Steel to Low Carbon Steel Using Finite Element Method (FEM

جوشكاري با پرتوليزر، يكي از فرآيندهاي توليدي مهم براي اتصال ورق ها در صنعت خودروسازي است. در اين پژوهش براي نخستين بار فرآيند جوشكاري ليزر پالسي اتصال غيرهم جنس فولاد زنگ نزن به فولاد كم كربن شبيه سازي شده است. براي اين منظور در ابتدا با استفاده از روش المان محدود و تعريف دقيقي از منبع حرارتي، تحليل حرارتي صورت گرفت كه در نتيجه آن پروفيل دمايي و ابعاد منطقه ذوب به دست آمده است. سپس تحليل مكانيكي، انجام و نتايج تحليل حرارتي به صورت تاريخچه در المان هاي مكانيكي ذخيره شد تا شرايط حرارتي مواد به دست آيد. در نتيجه اين تحليل، كرنش الاستيك و پلاستيك و همچنين ميزان تنش پسماند به دست آمد. نتايج حاصل نشان مي دهند كه فولاد كم كربن به دليل ضريب هدايت حرارتي بالاتر حين سردشدن، حرارت بيشتري را از خود عبور مي دهد و همچنين فولاد كم كربن به دليل تنش تسليم بالاتر در انتها تنش پسماند بيشتري را در خود ذخيره مي كند. براي اعتبارسنجي نتايج دو ورق فولاد زنگ نزن 304 در آزمايشگاه، با پارامترهاي مشخص مشابه با مدل شبيه سازي شده متجانس توسط فرآيند جوشكاري ليزري جوش داده شدند. مقايسه نتايج به دست آمده از مدل آزمايشگاهي با مدل شبيه سازي شده تطابق بسيار خوبي را نشان مي دهد.

Welding by laser beams is one of the essential parts of production process in automobile manufacturing used for joining plates. In this paper, for the first time, simulation of pulsed laser welding process of joining stainless steel to low carbon steel was carried out. For this purpose, at first, thermal analysis was carried out by finite element method and with exact definition of thermal resource; temperature profile and the dimensions of the melting area was gained as results. This was followed by mechanical analysis. The thermal analysis results were stored in a mechanical element as history to obtain the thermal conditions of the material. As results of this analysis, the strain of elastic and plastic as well as the amount of residual stress was obtained. The results show that low carbon steel passes through higher range heat in cooling process, because of higher thermal conductivity. Also, low carbon steel saves more residual stress due to higher yield stress. For validation of simulated model, two plates of 304 stainless steel with similar parameters with the simulated model were welded by laser welding. Comparing the results obtained from the experimental model with the simulated model shows a very good agreement.