مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل حرارتی جوشکاری لیزر در اتصال فولاد زنگ‌نزن با فولاد کم‌کربن با استفاده از روش المان محدود

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
چکیده
جوشکاری با پرتولیزر، یکی از فرآیندهای تولیدی مهم برای اتصال ورق‌ها در صنعت خودروسازی است. در این پژوهش برای نخستین ‌بار فرآیند جوشکاری لیزر پالسی اتصال غیرهم‌جنس فولاد زنگ‌نزن به فولاد کم‌کربن شبیه‌سازی شده است. برای این منظور در ابتدا با استفاده از روش المان محدود و تعریف دقیقی از منبع حرارتی، تحلیل حرارتی صورت گرفت که در نتیجه آن پروفیل دمایی و ابعاد منطقه ذوب به دست آمده است. سپس تحلیل مکانیکی، انجام و نتایج تحلیل حرارتی به‌صورت تاریخچه در المان‌های مکانیکی ذخیره شد تا شرایط حرارتی مواد به دست آید. در نتیجه این تحلیل، کرنش الاستیک و پلاستیک و همچنین میزان تنش پسماند به دست آمد. نتایج حاصل نشان می‌دهند که فولاد کم‌کربن به‌دلیل ضریب هدایت حرارتی بالاتر حین سردشدن، حرارت بیشتری را از خود عبور می‌دهد و همچنین فولاد کم‌کربن به‌دلیل تنش تسلیم بالاتر در انتها تنش پسماند بیشتری را در خود ذخیره می‌کند. برای اعتبارسنجی نتایج دو ورق فولاد زنگ‌نزن ۳۰۴ در آزمایشگاه، با پارامترهای مشخص مشابه با مدل شبیه‌سازی‌شده متجانس توسط فرآیند جوشکاری لیزری جوش داده شدند. مقایسه نتایج به‌دست‌آمده از مدل آزمایشگاهی با مدل شبیه‌سازی‌شده تطابق بسیار خوبی را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

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

نویسندگان English

E. Mehrabi Gohari
M. Mohammadi
M. Nozari
H. Bagherpour
Mechanical Engineering Department, Payam-e-Nour University, Tehran, Iran
چکیده English

Welding laser beams is one of the essential parts of in automobile manufacturing used for joining plates. In this paper, for the first time, simulation of 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 of 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 The results show that low carbon steel passes through in , 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 the simulated model by laser welding. Comparing the results obtained from the experimental model with the simulated model shows a very good agreement.

کلیدواژه‌ها English

Pulsed laser welding
finite element method
Welding of Dissimilar Metals
thermal analysis
Mechanical Analysis
Duley WW. Laser welding. Hoboken: John Wiley & Sons; 1999. [Link]
Mackwood AP, Crafer RC. Thermal modelling of laser welding and related processes: A literature review. Optics and Laser Technology. 2005;37(2):99-115. [Link] [DOI:10.1016/j.optlastec.2004.02.017]
Torkamany MJ, Hamedi MJ, Malek F, Sabbaghzadeh J. The effect of process parameters on keyhole welding with a 400 W Nd: YAG pulsed laser. Journal of Physics D Applied Physics. 2006;39(21):4563-4567. [Link] [DOI:10.1088/0022-3727/39/21/009]
Cao X, Jahazi M, Immarigeon JP, Wallace W. A review of laser welding techniques for magnesium alloys. Journal of Materials Processing Technology. 2006;171(2):188-204. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2005.06.068]
Daneshkhan R, Najafi M, Torabian H. Numerical simulation of weld pool shape during laser beam welding. International Research Journal of Applied and Basic Sciences. 2012;3(8):1624-1630. [Link]
Assuncao E, Williams S. Comparison of continuous wave and pulsed wave laser welding effects. Optics and Lasers in Engineering. 2013;51(6):674-680. [Link] [DOI:10.1016/j.optlaseng.2013.01.007]
Sun Z, Ion JC. Laser welding of dissimilar metal combinations. Journal of Materials Science. 1995;30(17):4205-4214. [Link] [DOI:10.1007/BF00361499]
Golchin Bidgoli E, Moradi M, Shamsaei S. Laser drilling simulation of glass by using finite element method and selecting the suitable Gaussian distribution. Modares Mechanical Engineering. 2015;15(13):416-420. [Persian] [Link]
Moradi M, Golchin E. Investigation on the effects of process parameters on laser percussion drilling using finite element methodology; Statistical modelling and optimization. Latin American Journal of Solids and Structures. 2017;14(3):464-484. [Link] [DOI:10.1590/1679-78253247]
Meco S, Cozzolino L, Ganguly S, Williams S, McPherson N. Laser welding of steel to aluminium: Thermal modelling and joint strength analysis. Journal of Materials Processing Technology. 2017;247:121-133. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2017.04.002]
Mohammadpour M, Yazdian N, Yang G, Wang HP, Carlson B, Kovacevic R. Effect of dual laser beam on dissimilar welding-brazing of aluminum to galvanized steel. Optics and Laser Technology. 2018;98:214-228. [Link] [DOI:10.1016/j.optlastec.2017.07.035]
Zhang Y, Sun DQ, Gu XY, Duan ZZ, Li HM. Nd: YAG pulsed laser welding of TC4 Ti alloy to 301L stainless steel using Ta/V/Fe composite interlayer. Materials Letters. 2018;212:54-57. [Link] [DOI:10.1016/j.matlet.2017.10.057]
Moradi M, Ghoreishi M. Influences of laser welding parameters on the geometric profile of NI-base superalloy Rene 80 weld-bead. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011;55(1-4):205-215. [Link] [DOI:10.1007/s00170-010-3036-1]
Moradi M, Ghoreishi M, Rahmani A. Numerical and experimental study of geometrical dimensions on laser-TIG hybrid welding of stainless steel 1.4418. Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production. 2016;5(2):21-31. [Link]
Zhu XK, Chao YJ. Numerical simulation of transient temperature and residual stresses in friction stir welding of 304L stainless steel. Journal of Materials Processing Technology. 2004;146(2):263-272. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2003.10.025]
Bag S, Trivedi A, De A. Development of a finite element based heat transfer model for conduction mode laser spot welding process using an adaptive volumetric heat source. International Journal of Thermal Sciences. 2009;48(10):1923-1931. [Link] [DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2009.02.010]
Siva Shanmugam N, Buvanashekaran G, Sankaranarayanasamy K. Some studies on weld bead geometries for laser spot welding process using finite element analysis. Materials and Design. 2012;34:412-426. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2011.08.005]