شبیه سازی عددی و استخراج مدل آماری بیانگر تأثیر قطر پرتو لیزر و ضخامت قطعه کار بر روی توزیع دما در جوشکاری با لیزر در آلیاژ تیتانیوم

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران

2 مربی، گروه مهندسی مکانیک، موسسه آموزش عالی اوج، آبیک، قزوین، ایران

چکیده

امروزه استفاده از لیزر در جوشکاری آلیاژهای تیتانیوم، کاربردهای ویژه‌ای در صنایع با فنّاوری بالا دارد. هدف از این مطالعه، استخراج مدل آماری بیانگر تاثیر تغییرات قطر پرتو لیزر و فاصله در راستای ضخامت قطعه کار بر روی دمای جوشکاری آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V می‌باشد. جهت استخراج این مدل، ابتدا آزمایشات مورد نیاز توسط روش تاگوچی، طراحی گردیدند و سپس با استفاده از روش المان محدود، مورد ارزیابی قرار گرفتند. استفاده روش پاسخ سطح، جهت استخراج مدل آماری بر مبنای تغییرات قطر لیزر و فاصله در راستای ضخامت قطعه کار مورد استفاده قرار گرفته است. با آنالیز واریانس بر روی نتایج، خطای مدل آماری در محدوده قابل قبول ارزیابی گردید. بر اساس نتایج ارزیابی شده، فاصله در راستای ضخامت قطعه کار و قطر پرتو لیزر به ترتیب 67/76 و 97/17 درصد بر روی دمای جوشکاری تاثیر دارند و با افزایش قطر پرتو لیزر در صورت ثابت بودن توان جوشکاری، مقدار حرارت جوشکاری کاهش چشمگیری پیدا می‌کند. جهت جوشکاری آلیاژ Ti6Al4V، بهترین محدوده جوشکاری قطر پرتو لیزر بین 24/0 و 2/0 میلیمتر می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Akhiri A. H., Microstructural and Mechanical Properties of 80 Rene Alloy Connection Using  YAG: Nd Laser Welding, Journal of Elite Science and Engineering, 2017.
[2] Jahangard H., Study of microstructure and mechanical properties of 316l stainless steel alloy connection by multiplayer Nd: YAG laser welding method, in:  the first international conference on the application of engineering sciences in the development and progress of Iran 1404, Mashhad, Saj Gostar Caspian Company, 2017.
[3] Rasekh S. N., Experimental study of the effect of different parameters of titanium alloy sheet coating on penetration depth and welding quality, in:  First National Congress on Application of Materials and Advanced Manufacturing in Industries, Tehran, Iran University of Science and Technology, 2017.
[4] اصفهانی ی و.، تاثیر حرارت ورودی بر ساختار و خواص مکانیکی ورق های تیتانیوم بتا Ti-15-3 متصل شده توسط فرایند جوشکاری لیزر،بیستمین کنفرانس ملی جوش و بازرسی و نهمین کنفرانس مـلی آزمایش های غیرمخرب،شهرکرد، ایران، 1392.
[5] نوروزی لرکی ع.، رنجبر خ.، صدرالسادات م. و رفیعی م.، تاثیر مدت پالس بر خواص اتصال فلز جوش هاستلوی C-276 به روش جوشکاری لیزر پالسی، هشتمین کنفرانس و نمایشگاه بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی و سیزدهمین همایش ملی مشترک انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران و انجمن ریخته گری ایران،تهران،1398.
[6] نوروزی لرکی ع.، رنجبر خ.، صدرالسادات م. و رفیعی م.، تاثیر مدت پالس بر خواص اتصال فلز جوش زیرکونیم 702 به روش جوشکاری لیزر پالسی،هشتمین کنفرانس و نمایشگاه بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی و سیزدهمین همایش ملی مشترک انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران و انجمن ریخته گری ایران،تهران،1398.
[7] رستم آبادی ع، و اکبری موسوی ع، بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی جوش غیرهمجنس لیزر ضربانی Nd:YAG سوپرآلیاژهای اینکونل 718 و نایمونیک 901،نهمین کنفرانس و نمایشگاه بین المللی مهندسی مواد و متالورژی ایران و چهاردهمین همایش ملی مشترک انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران و انجمن ریخته گری ایران، 1399.
[8] شیوانی ح. و اکبری موسوی ع.، بررسی ریزساختاری و مکانیکی اتصال غیرهمجنس اینکونل 718 به فولاد زنگ نزن 321 با روش لیزر ضربانی Nd:YAG،هشتمین کنفرانس و نمایشگاه بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی و سیزدهمین همایش ملی مشترک انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران و انجمن ریخته گری ایران،تهران،1398.
[9] باجلان س. و راسخ صالح ن.، بررسی تجربی پارامترهای جوشکاری لیزر بر استحکام جوش لبه روی هم نمونه های پلی کربنات (PC) و آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)،چهارمین کنگره بین المللی مهندسی برق، کامپیوتر و مکانیک،تهران، 1399.
[10] Sjögren G., Andersson M., Bergman M., Laser welding of titanium in dentistry, Acta Odontologica Scandinavica, 46(4), 247-253, 1988.
[11] Du H., Hu L., Liu J., Hu X., A study on the metal flow in full penetration laser beam welding for titanium alloy, Computational Materials Science, 29(4), 419-427, 2004.
[12] Bagger C., Olsen F. O., Review of laser hybrid welding, Journal of Laser Applications, 2005.
[13] Akman E., Demir A., Canel T., Sınmazçelik T., Laser welding of Ti6Al4V titanium alloys, Journal of materials processing technology, 209(8), 3705-3713, 2009.
[14] Akbari M., Saedodin S., Toghraie D., Shoja-Razavi R., Kowsari F., Experimental and numerical investigation of temperature distribution and melt pool geometry during pulsed laser welding of Ti6Al4V alloy, Optics & Laser Technology, 59, 52-59, 2014.
[15] Casalino G., Mortello M., Contuzzi N., Minutolo F., Finite element model for laser welding of titanium, Procedia CIRP, 33, 434-439, 2015.
[16] Burkhardt I., Ventzke V., Riekehr S., Kashaev N., Enz J., Laser welding and microstructural characterization of dissimilar γ-TiAl-Ti6242 joints, Intermetallics, 104, 74-83, 2019.
[17] 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, 14(3), 464-484., 2017.
[18] Abdollahi, H., Mahdavinejad, R., Ghambari, M., & Moradi, M., Investigation of green properties of iron/jet-milled grey cast iron compacts by response surface method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 228(4), 493-503., 2014.
[19] Bird R. B., Stewart W. E., Lightfoot E. N., Transport Phenomena (New York: Wiley), 1960.
[20] Patankar S. V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow (New York: Hemisphere), 1980.
[21] Zhang W., Kim C. H., DebRoy T., J. Appl. Phys. 95 5210–19, 2004.
[22] قریشی م.، ذوالفقاری م. و طهماسبی و، استفاده از روش تحلیل حساسیت سوبل، مدلسازی و بهینه سازی آماری پارامترهای مؤثر در رفتار نیرو در فرآیند سوراخکاری استخوان، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، دوره 48، شماره 2، از صقحه 229 تا صفحه 237، 1397. 
[23] Saeidi M., Manafi B., Besharati G. M., Faraji G., Mathematical modeling and optimization of friction stir welding process parameters in AA5083 and AA7075 aluminum alloy joints, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 230(7), 1284-1294, 2016.
[24] کیانی, پژمان, قریشی, مجید. مقایسه متالورژیکی و مکانیکی جوشکاری لیزر Nd:YAG فولادهای زنگ نزن آستنیتی. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 1399; 50(1): 189-198. doi: 10.22034/jmeut.2020.9849