Szczegóły publikacji

Opis bibliograficzny

Autor

• AGHSiwek Aleksander

Słowa kluczowe

Dane bibliometryczne

ID BaDAP	99140
Data dodania do BaDAP	2016-08-05
Rok publikacji	2015
Typ publikacji	artykuł w czasopiśmie
Otwarty dostęp
Czasopismo/seria	Computer Methods in Materials Science

Abstract

Joining metals and alloys with different properties gives greater flexibility in design and production as compared to manufacturing with one type of material only. Thanks to this, expensive materials can be applied only at places where their use is indispensable. However, joining different combinations of metals become a challenge, due to the differences in physical and chemical properties. Laser welding, thanks to such advantages as good weldability and high quality of joints with narrow heat affected zone, allows for solving many problems appearing in traditional joining methods. The current paper concerns modelling of laser welding processes for materials with different physical and chemical properties. The model consists of a coupled set of incompressible fluid flow equations, heat equation and convection-diffusion equations for different material species. The formulation takes into account the dependence of material properties on temperature and chemical composition. Discontinuity of density and viscosity, together with the chemical composition of fluid in weld pool influences the velocity and temperature distribution in the weld pool and in consequence determines the shape and properties of a joint.

Streszczenie

Artykuł dotyczy modelowania spawania laserowego materiałów o różnych własnościach. Dominującą siłą wymuszającą ruch cieczy w takich układach jest gradient napięcia powierzchniowego oraz siła odrzutu powstała na powierzchni jeziorka spawalniczego. W literaturze można znaleźć wiele artykułów w których wykorzystano różne metody śledzenia powierzchni międzyfazowej, np. Level Set method (LS), Volume of Fluid method (VOF), lub bardziej skomplikowanej Coupled Level Set and Volume of Fluid method (CLSVOF). W wielu publikacjach wykorzystywana jest metoda VOF. Metoda ta jest wydajna, ponieważ nie wymaga iteracyjnego rozwiązywania dodatkowych równań i spełnia zasadę zachowania masy. Niestety metoda ta nie pozwala na wyznaczenie dokładnego położenia powierzchni międzyfazowej. Granica międzyfazowa jest rekonstruowana w każdej iteracji za pomocą pola udziału fazy, dyskretyzowanego na siatce eulerowskiej. Wartość tego pola wskazuje jaka faza znajduje się w danej komórce siatki. Granica międzyfazowa przemieszcza się przez adwekcję pola fazowego. Przyczyną trudności może być wymaganie dużej dokładności wyznaczenia położenia granicy w każdej iteracji rozwiązania. To z kolei powoduje nieciągłość własności takich jak gęstość i lepkość na granicy międzyfazowej, a przez to niestabilność numeryczną rozwiązania. Metoda VOF spełnia warunek zachowania masy. Pochodne pola udziału fazy VOF nie są jednak ciągłe w okolicy granicy międzyfazowej. Dlatego obliczone z funkcji fazy VOF krzywizna granicy i wektor normalny do granicy są niedokładne. Powoduje to tworzenie się w obszarze granicznym pozornych przepływów w wyniku niezrównoważenia siły napięcia powierzchniowego. Artykuł dotyczy wykorzystania powyższych metod do modelowania spawania laserowego materiałów o różnych własnościach fizycznych. Spawanie takich materiałów jest trudne, ze względu na tworzenie się asymetrii w przepływach ciepła i masy oraz zauważalną segregację pierwiastków powierzchniowo aktywnych. Tworząca się mikrostruktura zespawanych elementów przez to także jest asymetryczna względem płaszczyzny spawania. Modelowanie takich przepływów pozwoli na zrozumienie procesów zachodzących w jeziorku spawalniczym.

Publikacje, które mogą Cię zainteresować