تحليل عددي و تجربي تاثير پارامترهاي فرآيند جوشكاري ليزري بر هندسه حوضچه جوش

Numerical and experimental analysis of laser welding process parameters on weld bead geometry

در اين پژوهش مدل اجزاي محدود براي شبيه سازي جوشكاري ليزر CO2 بكار گرفته شد. براي اين منظور از نرم افزار آباكوس در تحليل هاي انتقال حرارت گذرا استفاده شد. ماده بكار برده شده در اين تحقيق عبارت از فولاد ضدزنگ 304 AISI است كه خواص حرارتي و مكانيكي آن بصورت وابسته به دما به مدل اعمال شد. در اين پژوهش ابتدا مدل سه بعدي غيرخطي براي محاسبه توزيع حرارت در ناحيه ي جوشكاري و پيشگويي اندازه ي سوراخ كليد و شكل حوضچه ي جوش ارائه شد. بعد از انجام تحليل حرارتي، مدل اجزاي محدود با انجام آزمايش هاي تجربي صحه گذاري شد. پس از تأييد مدل، اثرات پارامترهاي مختلف جوشكاري ليزر بر روي توزيع حرارت حاصل از جوشكاري بررسي شد. همچنين، تغييرات دما بر روي خط مركزي جوش و در فواصل مشخص از خط مركزي جوش در طول گرم و خنك شدن قطعه در طي فرآيند جوشكاري ليزري بررسي شده است. نتايج بدست آمده نشان مي دهند كه براي قدرت ليزر از 50 تا 300 وات، جوشكاري از نوع هدايتي بوده و به طبع آن، عمق نفوذ كمتر از 0/2 ميلي متر و شكل حوضچه جوش شبيه كره است. در حوالي توان 350 ولت، بدليل چگالي توان بالا، جوشكاري از نوع نفوذي-هدايتي مي شود كه باعث افزايش حدود 4 برابري عمق نفوذ در بازه توان 350 تا 450 وات مي شود. براي توان هاي بالاتر از 500 وات، روند افزايش عمق نفوذ كاهشي مي شود.

A finite element model has been developed to simulate the laser beam welding (LBW) process, which enjoys the capabilities of ABAQUS in transient thermal analysis. The substance used in this research was AISI 304 which thermal and mechanical properties are introduced to the model as temperature dependent. At first, a non-linear three-dimensional transient thermal model is developed, which calculates the temperature distribution in the local weld area and predicts the keyhole and weld bead size and shape. After the thermal analysis, the FE model is verified through the experimental work. After validation of the model, the effect of laser welding parameters on thermal distribution has been studied. Also, temperature variation on the weld line and on some points of distinct distances from the weld line during the heating and cooling procedure of the laser welding process has been examined. Results indicate that the major laser welding parameters affecting the weld bead geometry are laser power and velocity which have direct and reverse effect on the weld bead geometry, respectively. Also, among the material properties, conductivity is the dominant parameter, affecting the result of simulation.