شبیه سازی عددی جوشکاری لیزری، بررسی تنش پسماند و توزیع دما در اتصال روی هم آلیاژهای آلومینیومی AA6061 وAA5086 در ضخامت های متفاوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز

2 دانشگاه تبریز

چکیده

در پژوهش حاضر با استفاده از کد اجزاء محدود آباکوس 2017 و بکارگیری زیر برنامه دیفالکس به زبان فرترن تحلیل عددی سه بعدی جوشکاری لیزری در حالت هندسی روی هم دو آلیاژ غیر هم جنس آلومینیومی AA6061 و AA5086 صورت گرفته است. تأثیر قرارگیری آلیاژ سخت‌تر و نرم‌تر در قسمت فوقانی و تحتانی جوش در ضخامت‌های 1 و 5/1 میلی‌متری دو قطعه بر مواردی همچون: توزیع حرارتی ، وسعت مناطق مختلف جوش و تنش پسماند ناشی از جوشکاری لیزری مطالعه و بررسی شده است. در مجموع و براساس شرایط ورودی مسأله هشت وضعیت جهت شبیه‌سازی آماده شد. براساس نتایج بدست آمده نمونه A4 پایین‌ترین اختلاف دما بیشینه بین قسمت فوقانی و تحتانی را در بین همه حاالت داراست که این اختلاف کمتر به دلیل قرارگیری فلز سخت‌تر و با ضخامت کمتر در قسمت فوقانی اتصال می‌باشد. در همه حاالت مورد بررسی فارغ از موقعیت قرارگیری در بخش فوقانی و یا تحتانی، تنش پسماند طولی بزرگتر در بخش آلیاژ سخت‌تر، آلیاژ AA6061 روی خواهد داد. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده، در همه حاالت بیشینه تنش پسماند طولی ایجاد شده در حدود مقدار تنش تسلیم آلیاژ سختتر می‌باشد. بهترین حالت از نظر سطح تنش پسماند طولی σzz در قطعه کار به ترتیب مربوط به وضعیت‌های A1 و B1 است زیرا هم سطح تنش پسماند کششی پایین‌تری را تجربه می‌نمایند و هم میزان اختالف تنش در دو ناحیه فوقانی و تحتانی این نمونه‌ها اختلاف پایین‌تری با یکدیگر دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Laser Welding and Evaluation of Residual Stress and Temperature Distribution in Lap Joint of AA6061 and AA5086 Aluminum Alloys in Different Thicknesses

نویسندگان [English]

  • amir ghiasvand 1
  • Soran Hassanifard 2
1 Ph.D. Student, Mech. Eng., Tabriz Univ., Tabriz, Iran
2 University of Tabriz
چکیده [English]

In the present study, using the ABAQUS 2017 finite element code and using the DFLUX subroutine, a 3D numerical analysis of laser welding in the lap joint of AA6061 and AA5086 aluminum alloys was carried out. The effect of the position of a harder and softer alloy on the upper and lower parts of the weld in two different thicknesses of the two parts was studied on such cases as: thermal distribution, the width of the different welding regions and the residual stress caused by laser welding. In total, and based on the input conditions of the problem, 8 states were prepared for simulation. Based on the results, the A4 sample has the lowest temperature difference between the upper and lower parts in all of these states, which is due to the presence of harder metal with lower thickness in the upper part of the joint. In all cases, regardless of the position of the upper or lower parts, the higher longitudinal residual stresses will occur in the harder part, the AA6061 alloy, and in all states the maximum longitudinal residual stress formed over the yield stress of the harder alloy. Regarding the level of σzz in the workpiece, the best conditions are, respectively, A1 and B1, because they also experience lower residual stresses levels, and the difference in residual stress between the two upper and lower regions of these states is lower.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser welding
  • Aluminum alloy
  • Numerical Modeling
  • Temperature distribution
  • Residual stress

مراجع

[1] J. Baysore, M. Williamson, Y. Adonyi, J.Milian, Laser beam welding and formability of tailored banks, Welding journal, 74(10) (1995) 345. s-352. s.
[2] W.W. Duley, W.W. Duley, W.W. Duley, Laser welding, Wiley New York, 1999.
[3] M. Gilloon, A. Wexler, Laser welding process, in, Google Patents, 2017.
[4] C. Bagger, F.O. Olsen, Review of laser hybrid welding, Journal of laser applications, 17(1) (2005) 2-14.
[5] I. Tomashchuk, D. Grevey, P. Sallamand, Dissimilar laser welding of AISI 316L stainless steel to Ti6– Al4–6V alloy via pure vanadium interlayer, Materials Science and Engineering: A, 622 (2015) 37-45.
[6]  S.-K. Cho, Y.-S. Yang, K.-J. Son, J.-Y. Kim, Fatigue strength in laser welding of the lap joint, Finite Elements in analysis and design, 40(9-10) (2004) .0701-9501
[7]  C. Dawes, Laser welding: a practical guide, Woodhead Publishing, 1992.
[8]  J. Ma, M. Harooni, B. Carlson, R. Kovacevic, Dissimilar joining of galvanized high-strength steel to aluminum alloy in a zero-gap lap joint configuration by two-pass laser welding, Materials & Design, 58 (2014) 390-401.
[9]  F. Kong, R. Kovacevic, 3D finite element modeling of the thermally induced residual stress in the hybrid laser/arc welding of lap joint, Journal of Materials Processing Technology, 210(6-7) (2010) 941-950.
[10]   M. Harooni, B. Carlson, R. Kovacevic, Detection of defects in laser welding of AZ31B magnesium alloy in zero-gap lap joint configuration by a realtime spectroscopic analysis, Optics and Lasers in Engineering, 56 (2014) 54-66.
[11]  O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, The finite element method for solid and structural mechanics, Elsevier, 2005.
[12] S. Tsirkas, P. Papanikos, T. Kermanidis, Numerical simulation of the laser welding process in butt-joint specimens, Journal of materials processing technology, 134(1) (2003) 59-69.
[13]  M. Frewin, D. Scott, Finite element model of pulsed laser welding, WELDING JOURNAL-NEW YORK-, 78 (1999) 15-s.
[14]  W. Piekarska, M. Kubiak, A. Bokota, Numerical simulation of thermal phenomena and phase transformations in laser-arc hybrid welded joints, Archives of Metallurgy and Materials, 56(2) (2011) 409-421.
[15] M. Moradi, E. Golchin, 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, 14(3) (2017) 464-484.
[16] E. Ranatowski, Thermal modelling of laser welding Part I: The physical basis of laser welding, Advances in Materials Science, 3(1 (3)) (2003) 34-40.
[17] E. Golchin Bidgoli, M. Moradi, S. Shamsaei, Laser drilling simulation of glass by using finite element method and selecting the suitable Gaussian distribution, Modares Mechanical Engineering, 15(20) (2016) 416-420.
[18] M. Moradi, M. Ghoreishi, A. Rahmani, 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, 5(2) (2016) 21-31.
[19]  G.R. Johnson, W.H. Cook, Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures, Engineering fracture mechanics, 21(1) (1985) 31-48.
[20]  T. Srikanth, S. Surendran, G. Balaganesan, G. Manjunath, Response of welded aluminium alloy plates for ballistic loads, Ships and Offshore Structures,  (2018) 1-7.
[21]  C. Hamilton, A. Sommers, S. Dymek, A thermal model of friction stir welding applied to Sc-modified Al–Zn–Mg–Cu alloy extrusions, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 49(3-4) (2009) 230-238.
[22]  H.J. Aval, S. Serajzadeh, A. Kokabi, Evolution of microstructures and mechanical properties in similar and dissimilar friction stir welding of AA5086 and AA6061, Materials Science and Engineering: A, 528(28) (2011) 8071-8083.
[23]  Hibbitt, Karlsson, Sorensen, ABAQUS/standard User’s Manual, Hibbitt, Karlsson & Sorensen, 2001.
[24]  H. Hibbit, B. Karlsson, E. Sorensen, ABAQUS user manual, version 6.12, Simulia, Providence, RI,  (2012)
[25]  S. Kumar, S. Bhaduri, Three-dimensional finite element modeling of gas metal-arc welding, Metallurgical and Materials Transactions B, 25(3) (1994) 435-441.
[26]  N. Sonti, M. Amateau, Finite-element modeling of heat flow in deep-penetration laser welds in aluminum alloys, Numerical heat transfer, 16(3) (1989) 351-370.
[27]  M. Akbari, S. Saedodin, D. Toghraie, R. ShojaRazavi, F. Kowsari, Experimental and numerical investigation of temperature distribution and melt pool geometry during pulsed laser welding of Ti6Al4V alloy, Optics & Laser Technology, 59 (2014) 52-59.
[28] X.-d. Qi, L.-m. Liu, Fusion welding of Fe-added lap joints between AZ31B magnesium alloy and 6061 aluminum alloy by hybrid laser–tungsten inert gas welding technique, Materials & Design, 33 (2012) 436-443.
[29]  G. Webster, A. Ezeilo, Residual stress distributions and their influence on fatigue lifetimes, International Journal of Fatigue, 23 (2001) 375-383.
 
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 3
خرداد 1399
صفحه 587-604

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار