Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением

Описано моделирование динамических процессов в сварочной ванне при лазерной сварке с глубоким проплавлением. На основе формализма механики Лагранжа построена математическая модель динамического поведения сварочной ванны, учитывающая особенности гидродинамики и межфазного тепломассообмена в сварочно...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автори:	Туричин, Г.А., Валдайцева, Е.А., Поздеева, Е.Ю., Земляков, Е.В., Гуменюк, А.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2008
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99955
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением / Г.А. Туричин, Е.А. Валдайцева, Е.Ю. Поздеева, Е.В. Земляков, А.В. Гуменюк // Автоматическая сварка. — 2008. — № 7 (663). — С. 15-19. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-99955
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-999552016-05-15T03:03:01Z Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением Туричин, Г.А. Валдайцева, Е.А. Поздеева, Е.Ю. Земляков, Е.В. Гуменюк, А.В. Научно-технический раздел Описано моделирование динамических процессов в сварочной ванне при лазерной сварке с глубоким проплавлением. На основе формализма механики Лагранжа построена математическая модель динамического поведения сварочной ванны, учитывающая особенности гидродинамики и межфазного тепломассообмена в сварочной ванне. Полученные результаты позволяют количественно описать автоколебания формы канала проплавления и парогазового канала. Разработанная модель позволила проанализировать процессы схлопывания парогазового канала, приводящие к появлению дефектов. The article devoted to the simulation of dynamic phenomena of the laser welding process with deep penetration. The presented model is a future development of steady-state model of laser welding. It based on the approach of Lagrange mechanics and takes into account melt flow, wave motion on the cavity surface, melting viscosity, bubble pressure, recoil pressure and radiation parameters. The results of calculations describe self-oscillation nature of the cavity shape during welding. With the base of presented model a simulation of keyhole collapse, leading to defect formation, and a description of acoustic emission spectra from the cavity has been developed. 2008 Article Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением / Г.А. Туричин, Е.А. Валдайцева, Е.Ю. Поздеева, Е.В. Земляков, А.В. Гуменюк // Автоматическая сварка. — 2008. — № 7 (663). — С. 15-19. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99955 621.791.72:621.375.826 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Туричин, Г.А. Валдайцева, Е.А. Поздеева, Е.Ю. Земляков, Е.В. Гуменюк, А.В. Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением Автоматическая сварка
description	Описано моделирование динамических процессов в сварочной ванне при лазерной сварке с глубоким проплавлением. На основе формализма механики Лагранжа построена математическая модель динамического поведения сварочной ванны, учитывающая особенности гидродинамики и межфазного тепломассообмена в сварочной ванне. Полученные результаты позволяют количественно описать автоколебания формы канала проплавления и парогазового канала. Разработанная модель позволила проанализировать процессы схлопывания парогазового канала, приводящие к появлению дефектов.
format	Article
author	Туричин, Г.А. Валдайцева, Е.А. Поздеева, Е.Ю. Земляков, Е.В. Гуменюк, А.В.
author_facet	Туричин, Г.А. Валдайцева, Е.А. Поздеева, Е.Ю. Земляков, Е.В. Гуменюк, А.В.
author_sort	Туричин, Г.А.
title	Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением
title_short	Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением
title_full	Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением
title_fullStr	Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением
title_full_unstemmed	Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением
title_sort	моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99955
citation_txt	Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением / Г.А. Туричин, Е.А. Валдайцева, Е.Ю. Поздеева, Е.В. Земляков, А.В. Гуменюк // Автоматическая сварка. — 2008. — № 7 (663). — С. 15-19. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT turičinga modelirovaniedinamičeskogopovedeniâsvaročnojvannyprilazernojigibridnojsvarkesglubokimproplavleniem AT valdajcevaea modelirovaniedinamičeskogopovedeniâsvaročnojvannyprilazernojigibridnojsvarkesglubokimproplavleniem AT pozdeevaeû modelirovaniedinamičeskogopovedeniâsvaročnojvannyprilazernojigibridnojsvarkesglubokimproplavleniem AT zemlâkovev modelirovaniedinamičeskogopovedeniâsvaročnojvannyprilazernojigibridnojsvarkesglubokimproplavleniem AT gumenûkav modelirovaniedinamičeskogopovedeniâsvaročnojvannyprilazernojigibridnojsvarkesglubokimproplavleniem
first_indexed	2025-07-07T10:09:59Z
last_indexed	2025-07-07T10:09:59Z
_version_	1836982468534599680
fulltext	УДК 621.791.72:621.375.826 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ И ГИБРИДНОЙ СВАРКЕ С ГЛУБОКИМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ* Г. А. ТУРИЧИН, д-р техн. наук, Е. А. ВАЛДАЙЦЕВА, Е. Ю. ПОЗДЕЕВА, Е. В. ЗЕМЛЯКОВ, инженеры (Санкт-Петербург. гос. политехн. ун-т, РФ), А. В. ГУМЕНЮК, д-р техн. наук (Федерал. ин-т исследования и тестирования материалов, г. Берлин, Германия) Описано моделирование динамических процессов в сварочной ванне при лазерной сварке с глубоким проплавлением. На основе формализма механики Лагранжа построена математическая модель динамического поведения сварочной ванны, учитывающая особенности гидродинамики и межфазного тепломассообмена в сварочной ванне. Полученные результаты позволяют количественно описать автоколебания формы канала проплавления и парогазового канала. Разработанная модель позволила проанализировать процессы схлопывания парогазового канала, приводящие к появлению дефектов. К л ю ч е в ы е с л о в а : лазерная сварка, автоколебатель- ный процесс, дефекты, математическая модель, монито- ринг Процессы лазерной сварки с глубоким проплав- лением так же, как и родственные процессы гиб- ридной сварки, часто сопровождаются появлени- ем пористости и формированием корневых пиков в сварных швах [1]. В соответствии с современ- ными представлениями о физической природе процессов лазерной сварки причиной этого яв- ляется развитие автоколебаний парогазового ка- нала и сварочной ванны при сварке с глубоким проплавлением [2]. Многочисленные эксперимен- тальные результаты подтверждают, что процесс сварки с глубоким проплавлением не является ста- ционарным даже при стабилизации всех внешних факторов, влияющих на сварочную ванну [3]. В частности, с помощью высокоскоростной ки- носъемки процесса лазерной сварки образцов из металла и оптически прозрачного материала [4] выявлены непрерывное изменение формы канала, квазипериодическое движение зоны с максималь- ной яркостью по глубине канала, а также наличие таких зон на его задней стенке. Съемка плазмен- ного факела показала также наличие его квази- периодических флуктуаций [5]. Сравнительные исследования движения жидкого металла на по- верхности сварочной ванны и процесса образо- вания корневых пиков подтверждают соответст- вие между пикообразованием и выплескиванием расплавленного металла из сварочной ванны. Та- кие же результаты получены позднее при рент- геновской съемке [6]. Анализ автоколебательных процессов при воздействии концентрированных источников энергии на вещество основывается обычно на линейной теории устойчивости [7, 8] с учетом совместного развития тепловых, гидро- и газодинамических возмущений, релаксацион- ных процессов и экранирования поверхности ми- шени продуктами испарения. Попытки учесть ре- альную геометрию поверхности канала при лазерной сварке предпринимались авторами ра- боты [9], а в [10] исследована линейная устой- чивость формы парогазового канала с учетом вли- яния пространственного распределения интен- сивности падающего излучения и выведены ус- ловия устойчивого существования парогазового канала. Описание временной динамики радиуса парогазового канала на основе редукции задачи к одному обыкновенному дифференциальному уравнению приведено в работе [11]. Исследования природы автоколебаний при лазерной сварке про- должаются и в последние годы [12]. Для детального понимания природы динами- ческих процессов, протекающих в сварочной ван- не при сварке с глубоким проплавлением, необ- ходимо иметь динамическую модель сварочного процесса, основанную на физически адекватной картине процесса лазерной сварки с глубоким проплавлением. Кроме того, использование такой модели в системах контроля и управления требует возможности ее работы в режиме реального вре- мени. Эти требования не позволяют создать ди- намическую модель лазерной сварки на базе пря- мых решений всех взаимосвязанных физических задач, протекающих при лазерной сварке, как это сделано для стационарной модели [13–15]. Наи- более целесообразный путь разработки такой ди- © Г. А. Туричин, Е. А. Валдайцева, Е. Ю. Поздеева, Е. В. Земляков, А. В. Гуменюк, 2008 * По материалам международной конференции «Laser technologies in welding and materials processing», 29 May– 1 June, 2007, vil. Katsieveli, Crimea, Ukraine. 7/2008 15 намической модели — это использование мини- мальных вариационных принципов и формализма механики Лагранжа (или Гамильтона), что поз- воляет свести модель к системе обыкновенных дифференциальных уравнений. Для построения динамического описания ак- тивной зоны при лазерной сварке с глубоким проплавлением на основе механики Лагранжа не- обходимо прежде всего выбрать обобщенные ко- ординаты, временная динамика которых позволит с необходимой точностью описать все интересные для практических приложений процессы такие, как волновое движение поверхности парогазового канала, изменение формы и размеров сварочной ванны во времени и влияние движения канала в целом на изменения его глубины и радиуса. Не- обходимо также принимать во внимание влияние вязких сил в расплаве, процессов испарения и дав- ления отдачи при испарении на динамику расп- лава. Первым этапом на этом пути является пос- троение в явном виде функции Лагранжа, что тре- бует знания кинетической и потенциальной энергии системы. Кинетическая энергия опреде- ляется движением расплава и требует для расчета знания поля скоростей течения. Сложность задачи приводит к необходимости использования гео- метрии модели и возможных упрощений при вы- воде уравнений движения с помощью Лагранжева формализма. Положим, что глубина проплавления Hр >> a (где a — радиус парогазового канала), и будем игнорировать отклонение стенок канала и сварочной ванны от направления оси лазерного луча. Схематическое деление активной зоны на части для облегчения вычисления кинетической энергии тече- ния расплава и представление активной зоны с по- мощью конформного отображения показано на рис. 1. Поскольку диапазон чисел Рейнольдса для ти- пичных режимов лазерной сварки составляет 10…100, то течение расплава с достаточной точ- ностью может быть принято потенциальным с пограничными слоями. В объеме расплава такое течение описывается потенциалом течения ϕ, удовлетворяющим уравнению Лапласа ∆ϕ = 0 и следующим граничным условиям: ∂ϕ ∂n \|∂Ω 1 = 0; ∂ϕ ∂n \|∂Ω 2 = f(θ, t), где функция f, определяемая движением канала; n — нормаль к поверхности парогазового канала. Получить аналитическое решение задачи о по- тенциальном движении расплава в области, ука- занной на рис. 1, а невозможно, но с помощью конформного отображения, методы построения которого разработаны в [16], задачу можно свести к определению поля скоростей в области, огра- ниченной двумя коаксиальными цилиндрами с ра- диусами A и a, и далее строить все описание в пространстве отображения. Особенно удобно это сделать, если в пространстве отображения пред- ставить энергию как функцию только площадей сечения отображений канала проплавления S и парогазового канала s. Принимая во внимание волновое движение на поверхности канала и ис- пользуя в этом случае разложение Фурье по s s(z) = s0 + ∑ n = 1 ∞ sn cos πnz H в неподвижной системе координат для описания формы поверхности, c использованием уравнения непрерывности можно получить выражение для вертикальной компоненты скорости vz: vz = 1 S – s ⎛ ⎜ ⎝ ⎜ ⎜ s0 ⋅ z + s0H ⋅ + ∑ n = 1 ∞ sn ⋅ H πn sin πnz H ⎞ ⎟ ⎠ ⎟ ⎟ , где S — площадь поперечного сечения отобра- жения канала. После ряда преобразований для расплава, на- ходящегося между поверхностью образца и па- раллельной плоскостью, которая проходит через дно канала, получаем E = E⊥ + Ez, где E⊥ — кинетическая энергия течения расплава в плос- кости, параллельной поверхности изделия: Рис. 1. Схема деления сварочной ванны (а) и ее конформное отображение (б): Ω — область расплава; ∂Ω — граница области расплава; A и а — соответственно радиусы образов парогазового канала и границы сплавления на плоскости конформного отображения; Н — глубина парогазового канала; Нр — глубина проплавления; G и g — образы поверхности соответственно канала проплавления и порогового канала 16 7/2008 E⊥ = πHa2( ρv0 2 2 A 2 + a2 A2 – a2 + ρa2⋅ 2 A4 (A2 – a2)2 × × ⎧⎨⎩ln A 2 a2 – 2(1 – 12 a 2 A2) 2 + 12 ⎫ ⎬ ⎭); где ρ — плотность расплава; v0 — его скорость. Для придонной части канала кинетическая энер- гия Eb вычисляется аналогично: Eb = ρ2 4πa2A5 2(A2 – a2)2 H2⋅ A Hp – H × × ∑ i = 1 ∞ ⎛ ⎜ ⎝ ⎜ ⎜ J1(li a A) li 4J0(li) + J1(li a A) 3li 2J0(li) ⎛ ⎜ ⎝ Hp – H A ⎞ ⎟ ⎠ 2 ⎞ ⎟ ⎠ ⎟ ⎟ , где li — корень уравнения J1(li) = 0 (здесь J0 и J1 — функции Бесселя соответственно нулевого и первого порядка). Поскольку потенциальная энергия активной зоны является поверхностной, то для ее опреде- ления достаточно вычислить площадь свободной поверхности и умножить ее на значение удельной поверхностной энергии, равной коэффициенту по- верхностного натяжения σ. Опустив члены, со- держащие малый параметр sn/s0, получаем Π = σ ⎧⎨⎩πA2 + 2πaH + √⎯⎯π4 ∑ n = 1 ∞ n2sn 2 H√⎯⎯s0 + 2H1(A + a)⎫⎬⎭. Получить выражения для обобщенных сил Qi, со- ответствующих выбранным обобщенным коорди- натам s0, sn, H, можно используя определение Qi = δAi ⁄ δqi, где δAi — виртуальная работа на вир- туальном перемещении δqi. Тогда QН = (p – p0)s0, где p — давление пара внутри канала; p0 — внеш- нее давление. Учитывая реактивную силу паро- вого потока, окончательно можем записать QH = (p – p0 + ρ0v0 2)s0, где ρ0 — плотность парового потока на выходе из парогазового канала. Определим теперь Qs. После ряда преобразо- ваний, пренебрегая малыми членами, получаем Qs 0 = (p(s0) – p0)H – 13 σa H + (–1)n 2 π2 σa sn s0 H n2; Qs n = H ⎡⎢ ⎣ ∂p ∂s \|s = s 0 sn s0 + σa sn s0 (–1)n 1 π2n2 + + 2 π2 σa ∑ k = 1 k ≠ n ∞ sk s0 (–1)n + k n2 + k2 (n2 – k2)2 ]. С целью определения p(s0) и ∂p ∂s \|s = s 0 была ана- литически решена нестационарная тепловая за- дача. Для учета обобщенных вязких сил, согласно формализму механики Лагранжа, определим сна- чала диссипативную функцию D = dE ⁄ dt, а затем и обобщенную силу трения Ri = (1 ⁄ 2) ∂D ⁄ ∂Qi. Ре- шая задачу для течения расплава в пограничном слое фронта плавления, получаем выражение для диссипативной функции D1 = –ρP √⎯⎯v π ∫ –∞ t dτ t – τ ∫ 0 H dv0 dτ v0(t)dz, где P — периметр сечения фронта плавления (P = = 2πA). Теперь можно получить уравнения Лаг- ранжа (уравнения динамической модели) в виде d dt ∂L ∂qi – ∂L ∂qi = Qi + Ri, где qi последовательно принимает значение H, s0, s1, … , sn, … ; L — функция Лагранжа. Для выполнения вычислений система была сокращена на s2 и полученная система из четырех обычных дифференциальных уравнений второго порядка решалась численно стандартным методом Рунге–Кутта шестого порядка точности. Для про- верки разработанной модели проведена серия чис- ленных экспериментов по сварке низкоуглеродис- той стали при мощности Q = 1…10 кВт и ско- рости сварки vсв = 0,3…5 см/с. На рис. 2, 3 при- ведены примеры вычислений при следующих па- раметрах: Q = 3 кВт, v = 1 см/с, поперечная мода TEM00, фокальный радиус луча 0,015 см (86 % полной мощности), фокусное расстояние 20 см. Начальные условия взяты из результатов моде- лирования лазерной сварки по стационарной мо- дели [17]. Когда избыточное давление пара внутри ка- нала становится равным капиллярному, силовая часть уравнений обращается в нуль. Это условие определяет точку неустойчивого равновесия. Ана- лиз фазовых портретов обобщенных координат показывает наличие ограниченных областей (ат- тракторов), плотно заполненных фазовыми тра- екториями, причем форма границ и размеры этих ( ) ( ) E S s s H s n S s s H H H s n s H s H s n S s s s H z n n n n n n n n n n = − + − − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟+ + + ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ + + − − − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟+ − − − − − • = ∞ • • = ∞ • • = ∞ = ∞ • • − + = ∞ • • ∑ ∑ ∑ ∑∑ ρ π π π 2 1 3 1 2 2 1 2 1 1 1 0 0 2 2 2 01 0 2 2 3 2 2 1 0 2 0 2 01 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 s s s s H p nk(S s ) k 1 0 n n k n k 3 2 0n 1 ( ) 3 2 0 2 2 11 0 2 2 011 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 π π δ π δ n n s S s n k n k s H s H n n s S s n k n k k k nk kn n n k n k nk kn + − − + + − − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥+ + − − − − − − + + − − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎫ ⎬ ⎭ = ∞ = ∞ • • + = ∞ = ∞ ∑∑ ∑∑ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 7/2008 17 аттракторов определяются параметрами режима сварки (скоростью, мощностью излучения, его мо- довым составом, параметрам фокусировки). Результаты моделирования свидетельствуют о том, что различные обобщенные координаты име- ют различные спектры колебаний. Низкие (менее 500 Гц) частоты типичны для случая колебаний радиуса канала. Интенсивность высокочастотных компонентов в спектре колебаний глубины канала больше, чем тех же компонентов в спектре ко- лебаний радиуса. Волны первого s1 и второго s2 порядка имеют высокочастотный (более 10 кГц) спектр. Эти спектры также зависят от глубины канала, причем повышение скорости сварки сме- щает спектры колебаний глубины канала в вы- сокочастотную область. Данная модель описывает нелинейные коле- бания глубины канала, амплитуды которых не яв- ляются малыми, что позволяет более точно ис- следовать гидродинамическую стабильность фор- мы канала по сравнению с линейным анализом устойчивости [10]. На рис. 4 представлена зависимость между площадью s поперечного сечения канала, ампли- тудами волн s1 и s2 на поверхности канала, с одной стороны, и эмис- сионными акустическими пара- метрами, с другой. Временная ди- намика акустической эмиссии на- иболее близка к динамике высо- кочастотной обобщенной коорди- наты s2, но частотный спектр находится в диапазоне меньших частот. Возрастание мощности, а соот- ветственно и увеличение глубины проплавления приводят к сдвигу частотного спектра в направлении меньших частот, что коррелирует с поведением спектров всех обоб- щенных координат динамической модели канала. Как показано на рис. 5, изменение скорости сварки приводит к соответствующим из- менениям спектра акустической эмиссии, так что, по-видимому, оп- ределяющее значение здесь имеет глубина канала. Рис. 2. Временное поведение глубины канала (а) и площади поперечного сечения (б) Рис. 3. Временное поведение волн на поверх- ности канала первого s1 (а) и второго s2 (б) порядка Рис. 4. Временные зависимости площади поперечного сечения канала s (а), амплитуд волн поверхности канала s1 (б) и s2 (в) и интенсивности I акустической эмиссии (г) 18 7/2008 Разработанный математический формализм использован в системе CAE LaserCAD. Вместе с этой моделью LaserCAD теперь можно исполь- зовать для динамического анализа появления по- ристости и спайкинга (рис. 6). Таким образом, представленная динамическая модель процесса лазерной сварки с глубоким проплавлением, основанная на вариационных принципах и учитывающая течение расплава, дви- жение волн на поверхности парогазового канала, вязкость расплава, капиллярное давление, давле- ние отдачи и параметры излучения, позволяет анализировать динамическое поведение свароч- ной ванны как для непрерывного, так и для им- пульсного излучений. 1. Porosity formation mechanism and its prevention in laser welding / A. Matsunawa, M. Mizutani, S. Katayama, N. Seto // Welding Intern. — 2003. — 17(6). — P. 431–437. 2. Theoretical description of the dynamic phenomena in laser welding with deep penetration / V. Lopota, G. Turichin, I. Tzibulsky et al. // SPIE Proc. — 1999. — Ser. 3688. — P. 98–107. 3. Process instability in laser welding of aluminum alloys at the boundary of complete penetration / T. Forsman, J. Powell, C. Magnusson // J. Laser Applications. — 2001. — Okt., 13, iss. 5. — P. 193–198. 4. Bashenko V. V., Mitkevich E. A., Lopota V. A. Peculiarities of heat and mass transfer in welding using high energy den- sity power sources // 3d Intern. coll. on EBW. — Lion, 1983. — P. 61–70. 5. Лопота В. А., Смирнов В. С. Структура материала и его параметры в зоне действия луча при лазерной сварке с глубоким проплавлением // Физ. и химия обработки ма- териалов. — 1989. — № 2. — С. 104–115. 6. Dynamics of keyhole and molten pool in laser welding / Akira Matsunawa, Jong-Do Kim, Naoki Seto et al. // J. Laser Applications. — 1998. — Dec., 10, iss. 6. — P. 247–254. 7. Zuev I. V., Selischev S. V., Skobelkin V. I. Self-oscillations under action of high density energy source on materials // Phys. and Chem. of Material Treatment. — 1980. — № 6. — P. 3–7. 8. Углов А. А., Селищев С. В. Автоколебательные процессы при воздействии концентрированных потоков энергии. — М.: Наука, 1987. — 152 с. 9. Мирзоев Ф. Х. Испарительно-капиллярная неустойчи- вость в глубокой парогазовой каверне // Квант. электро- ника. — 1994. — 21(2). — P. 147–150. 10. Туричин Г. А. Гидродинамические аспекты устойчивости парогазового канала при лучевых видах сварки // Физ. и хи- мия обработки материалов. — 1996. — № 4. — С. 74–81. 11. Melt pool dynamics during laser welding / V. V. Semak, J. A. Hopkins, V. H. McCay et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. — 1995. — 28. — P. 2443–2450. 12. Mechanism of keyhole formation and stability in stationary laser welding / Y. Lee Jae, H. Ko Sung, F. Farson Dave, D. Yoo Cgoong // Ibid. — 2002. — 35. — P. 1570–1576. 13. Kaplan A. A model of deep penetration laser welding based on calculation of the keyhole profile // Ibid. — 1994. — 27. — P. 1805–1814. 14. A tool for efficient laser processing / E. Beyer, M. Dahmen, B. Fuerst et al. // Proc. of 14th Intern. congr. on application of lasers ICALEO-95. — San Diego, USA, 1995. — P. 1035–1039. 15. Powerful features for LBW-including theoretical aspects / B. Schulz, S. Fuerst, G. Kaierly et al. // ICALEO’96. — Detro- it, USA, Orlando, Fla.: LIA, 1996. — P. 1–9. 16. Туричин Г. А. Теоретические основы и моделирование лучевой сварки металлов с глубоким проплавлением. — Дис. … д-ра техн. наук. — СПб., 2000. — 229 с. 17. Лопота В. А., Сухов Ю. Т., Туричин Г. А. Модель лазер- ной сварки с глубоким проплавлением для применения в технологии // Изв. АН СССР. Сер. физ. — 1997. — 61, № 8. — С. 1613–1618. Modelling of dynamic processes occurring in the weld pool in laser welding with deep penetration is considered. Mathematical model was developed on the basis of the Lagrange mechanics formalism to describe dynamic behaviour of the weld pool, allowing for peculiarities of hydrodynamics and inter-phase heat and mass exchange in the weld pool. The results obtained make it possible to quantitatively describe self-oscillations of the penetration channel and keyhole. The model allowed analysing the keyhole collapse processes leading to formation of defects. Поступила в редакцию 20.02.2008 Рис. 5. Частотный спектр акустической эмиссии: а — vсв = 5 см/с, Hр ≈ 0,25 см; б — vсв = 3 см/с, Hр ≈ 0,42 см; в — vсв = = 1 см/с, Hр ≈ 1,1 см Рис. 6. Моделирование появления пористости, связанной с периодическими коллапсами парогазового канала (а) и экспе- риментально выявленные поры при лазерной сварке трубных сталей (б) 7/2008 19

Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке с глубоким проплавлением

Репозитарії

Схожі ресурси