Моделирование поведения сварочной ванны при точечной сварке импульсным лазерным излучением

Научная библиотека Комментариев к записи Моделирование поведения сварочной ванны при точечной сварке импульсным лазерным излучением нет

Семенов, А. П.; Шуба, И. В.; Кривцун, И. В.; Демченко, В. Ф. // Автоматическая сварка. — 2014. — № 4. — С. 24-28. — Библиогр.: с. 28 (6 назв. ) . — ISSN 0005-111X

В настоящей работе предложена математическая модель, позволяющая исследовать динамику проплавления и форму свободной поверхности сварочной ванны при лазерной сварке тонколистовых металлов неподвижным импульсным источником (точечная сварка). При разработке модели полагали, что процесс теплопереноса в металле осуществляется за счет теплопроводности и конвекции, а потери тепла с поверхности обусловлены испарением металла и потерей энергии на тепловое излучение. В работе приводятся результаты численного моделирования динамики проплавления сварочной ванны, полученные с  использованием разработанной модели.

В настоящей работе предложена математическая модель, описывающая тепловые и гидродинамические процессы в ванне расплавленного металла при точечной лазерной сварке тонколистовых металлов. При разработке модели полагали, что теплоперенос в металле осуществляется за счет теплопроводности и конвекции, а потери тепла с поверхности обусловлены испарением металла и потоком теплового излучения.

Оценка скорости движения металла. Перед изложением математической модели сделаем оценку скорости движения расплава в сварочной ванне при точечной лазерной сварке тонколистовой низкоуглеродистой стали.

Результаты численного моделирования. Численные эксперименты проводили для условий точечной лазерной сварки (Nd:YAG-лазер) низкоуглеодистой стали толщиной 0,3 мм. Температурные зависимости характеристик процесса испарения (потери тепла за счет испарения и реактивное давление паров металла) были получены с помощью модели, предложенной в работе [6] и приведены на рис. 3 и рис. 4. Зависимость коэффициента поглощения для лазерного излучения с выбранной длиной волны от угла падения и температуры поверхности металла, определяемая выражением (10), приведена на рис. 5. Как показывают результаты численных исследований, расчетные значения температуры поверхности в центре пятна лазерного нагрева, полученные с помощью модели I, значительно превышают температуру кипения (рис. 6). Наименьший перегрев поверхности над температурой кипения наблюдается при использовании модели III. В соответствии с этим отличаются размеры и форма сварочной ванны. Так, при одном и том же времени воздействия лазерного излучения на поверхность свариваемого металла (t = 0,0332 с) глубина h и полуширина b зоны проплавления составляют соответственно 0,17 и 0,24 мм для модели I, 0,30 и 0,28 мм — для модели II и 0,17 и 0,36 мм для модели III (рис. 7).
В целом, приведенные на рис. 6, 7 результаты моделирования позволяют утверждать, что конвекция Марангони главным образом влияет на ширину зоны проплавления, тогда как прогиб поверхности ванны способствует увеличению ее глубины. К такому результату приводит увеличение теплового потока в твердую фазу, обусловленное уменьшением толщины прослойки жидкого металла между поверхностью ванны и границей плавления.
Таким образом, наиболее адекватной математической моделью проплавления металла при точечной лазерной сварке тонколистовых материалов является модель конвективно-кондуктивного переноса тепла в сварочной ванне с учетом реактивного давления паров на ее поверхность и термокапиллярного эффекта Марангони (модель III).
Данная модель наиболее полно учитывает процессы тепло-, массопереноса на поверхности и в объеме сварочной ванны при лазерной сварке металлов малых толщин.

Полное содержание статьи: http://patonpublishinghouse.com/as/pdf/2014/pdfarticles/04/3.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top