3582428227

MARCIN KUBIAK, WIE SŁAWA PIEKARSKA

Prognozowanie numeryczne składu fazowego SWC w elementach spawanych źródłem hybrydowym

WPROWADZENIE

ZJAWISKA CIEPLNE

Technologia spawania hybrydowym źródłem ciepła lasei-luk elek-tiyczny jest nowoczesną metodą spawania, ktoia jest intensywnie badana zarówno eksperymentalnie, jak również na drodze symulacji numerycznych [1-3] Metoda ta łączy popularną i powszechnie znaną metodę spawania lukiem elektrycznym i spawanie wiązką laseiową [1] Wykorzystanie dwóch ziodeł ciepła zapewnia dobią jakość spoiny i dobre własności eksploatacyjne połączenia spawanego [2] W porównaniu ze spawaniem pojedynczą wiązką laserową zastosowanie dwóch źródeł ciepła wiązki laser owej i łuku elektrycznego współpracującychw jednym piocesie spawania znacznie ogranicza udział struktur hartowniczych w stalach sparzanych [4] Istotnym problemem spawania hybrydowym źródłem ciepła jest dobo: właściwych parametrów technologicznych procesu zapewniających wykonanie spoin o pożądanym kształcie i szeiokosci sporny, a także o jak najlepszej jakości spawanego złącza Zarówno wzajemne usytuowanie ziodeł ciepła, jak również icrzkłacły mocy tych ziodeł w spawanym materiale istotnie wpływają na nich przetopionego metalu oraz transport masy i przepływ ciepła Uwzględnienie ruchu ciekłej stali w jeziorku spawalniczym pozwala na analizę dotychczas pomijanych zjawisk cieplnych towaizysących pi ocesom spawania i istotnie wpływa na pole tempeiatuiy w złączu, a w konsekwencji na oszacowaną numerycznie geometrię i skład strukturalny spoiny i strefy wpływu ciepła

Temper atu: a i przemiany fazowe są powodem powstawania odkształceń izotropowych w elementach spawanych, które generują naprężenia spawalnicze [5, 6] Ważnym etapem modelowania procesu spawania jest określenie kinetyki przemian fazowych w odniesieniu do badanej stali, ponieważ znajomość mejednoiodnosci strukturalnej połączenia spawanego wywołanego spawaniem jest istotna pizy pi oj ektowamu konstrukcji

Wpracy pizedstawiono piognozowame numeryczne składu fa-zowego w doczołowym połączeniu spawanym źródłem hybrydowym lasei-łuk elektryczny płaskownika wykonanego ze stali S355 Przeanalizowano wpływ odległości ziodeł na szybkosc chłodzenia i skład stiukturalny złącza

W analizie numetycznej zjawisk cieplnych uwzględniono konwekcyjny ruch ciekłego metalu w jeziorku spawalniczym, ciepła związane ze zmianą stanu skupienia materiału, a także ciepła pize-mian fazowych w stanie stałym Założono, ze obszai nagizany do temperatury pomiędzy temperatuią solidusu i likwidusu stanowi medium poiowate Analizowane zjawiska przedstawiono na rysunku 1 Na podstawie określanego numerycznie pola temperatuiy pize-piowadzono analizę przemian fazowych, uwzględniając specyfikę spawania hybrydowego. Prognozowany skład struktury złącza spawanego przedstawiono w postaci rozkładów ułamków końcowych poszczególnych faz

Dr mż Mmii Kubiak (kuibuŁ<fomp}qapcspl) - \Wdzuł Inżyniera Mec hausinej r Informatyki,Pobtednica Cz$stochoiTsk»,drh*b rtz Wiesława Piekar łka, prof PCs -    Inżyniera Meduuuzntej i Informatyki,Poleedmfea Cmsro-

chowska

Pole tempeiatuiy otrzymano z rozwiązania równania przewodzenia ciepła z wewnętrznymi źródłami ciepła z uwzględnieniem konwek-cyjnego ruchu ciekłego metalu w jeziorku spawalniczym W modelowaniu num etycznym 'wykoizystano równanie w postaci:

gdzie A(7) jest współczynnikiem przewodzenia ciepła. W/rnK. C,_; jest zastępczą pojemnością cieplną, w której uwzględnia aę ciepło przemiany fazowej wynikającej ze zmiany stanu skupienia [3] i ciepło pochodzące od pizemian fazowych w stanie stałym [7], Q-Qi +Qi J^est mocą objętościowych ziodeł ciepła. W/m\ przy czym Q.jest mocą ziodła ciepła łuku elektiycznego. Q. jest mocą ziodła ciepła wiązki laseiowej, v_ jest wektorem prędkości, x_t jest współrzędną położenia punktu

Równanie (1) uzupełniają warunek początkowy i warunki bize-gowe typu Diii clii eta. N eumanna oi az warunek N ewtona uwzględniający sbatę ciepła do otoczenia pizez konwekcję, promieniowanie i parowanie [3, 6, 7]

Ruch loztopionego matenału wynikający z konwekcji swobodnej cieczy zgodnie z modelem Bousanesqa jest analizowany w ob-szaize pizetopiema ograniczonym temperaturą solidus (T) W obszarze pomiędzy temperaturamą solidus i likwidus (T_v i 7"_;) ruch ciekłego metalu modeluje aę jako pizeplyw cieczy pizez medium poiowate zgodnie z modelem Daicy’ego Pole prędkości ciekłego metalu w strefie przetopienia 'wynikające z naturalnej konwekcji cieczy otrzymano z rozwiązania równania Naviera-Stokesa dla pizepływu lam mamę go cieczy mesashwej lepkiej, spełniającego równanie ciąglosa masy

(2)

Rys. 1. Schemat analizowanego ukk»<łu

Fig 1 Scheme of cotalyzeddomom

NR 4/2011

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

499