پیش‌بینی هندسه مقطع جوش در جوشکاری لیزر پالسی با استفاده از انواع مدل‌های حرارتی روی ورق‌های فولادی زنگ‌نزن

Abstract

جوشکاری لیزر پالسی به‌دلیل تمرکز بالای انرژی، کاربردهای فراروانی در اتصال ورق‌های نازک دارد. در این تحقیق شبیه‌سازی المان محدود جوشکاری لیزر پالسی به‌صورت سه‌بُعدی با نرم‌افزار آباکوس و به‌همراه انجام سه آزمایش تجربی با سطوح انرژی کم، متوسط و زیاد روی ورق‌های نازک فولاد زنگ‌نزن ۳۱۶ کم‌کربن انجام شده است. همچنین برای افزایش دقت شبیه‌سازی اتلاف گرما از طریق تشعشع، همرفت و هدایت حرارتی در نظر گرفته شده است. مدل‌های حرارتی مورد استفاده با توزیع شار حرارتی سطحی گوسی، توزیع شار حجمی گوسی و توزیع شار حجمی هرمی استفاده شده است. هدف دستیابی به منطبق‌ترین مدل حرارتی برای انجام شبیه‌سازی برای ورق‌های زنگ‌نزن آستنیتی نازک است. همچنین به‌منظور افزایش دقت تحلیل‌های حرارتی در تخمین ابعاد هندسه جوش، ضریب تصحیح تعریف و در روابط هر سه مدل حرارتی اعمال شده است. پس از انجام تحلیل حرارتی، ابعاد سطح مقطع هندسه جوش برای هر کدام از مدل‌های حرارتی ذکرشده استخراج و با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهند مدل حرارتی سطحی گوسی تنها برای مواردی که سطوح انرژی کم و نفوذ سطحی باشد، دقت کافی دارد. همچنین مدل حرارتی هرمی با تغییر ضریب تصحیح، در تمامی سطوح انرژی نسبت به مدل حرارتی حجمی گوسی، تطابق بیشتری با نتایج تجربی دارد. لذا می‌توان مدل حرارتی هرمی را به‌عنوان منطبق‌ترین مدل در شبیه‌سازی فرآیند جوشکاری لیزر در ورق‌های فولادی نازک انتخاب نمود.