Numerical Prediction of Deformations in Laser Welded Sheets Made Of X5CrNi18-10 Steel

The work concerns the numerical modelling of coupled thermal and mechanical phenomena occurring in the laser beam welding process. Commercial Abaqus FEA engineering software is adopted to numerical computations in order to perform a comprehensive analysis of thermo-mechanical phenomena. Created in Fortran programming language additional numerical subroutines are implemented into Abaqus solver, used to describe the power intensity distribution of the movable laser beam heat source. Temperature dependent thermomechanical properties of X5CrNi18-10 steel are adopted in the numerical analysis of stress and strain states. Mathematical and numerical models are verified on the basis of a comparison between selected results of computer simulations and experimental studies on butt-welded joints. Numerical simulations are presented for steel sheet with a thickness of 2 mm. Temperature distributions, the shape and size of melted zone as well as residual stress and deformations are presented for analyzed elements. Numerically determined deflections are compared with the measured deflection of welded joint.

Praca dotyczy modelowania numerycznego sprzężonych zjawisk cieplnych i mechanicznych występujących w procesie spawania z zastosowaniem wiązki promieniowania laserowego. W celu przeprowadzenia kompleksowej analizy zjawisk termomechanicznych zaadaptowano do obliczeń numerycznych komercyjny pakiet oprogramowania inżynierskiego Abaqus FEA. W programie zaimplementowano dodatkową procedurę numeryczną utworzoną w języku programowania Fortran, służącą do opisu rozkładu intensywności mocy ruchomego źródła ciepła wiązki laserowej. W prognozowaniu numerycznym naprężeń i odkształceń uwzględniono zależne od temperatury własności termomechaniczne dla przyjętej w obliczeniach stali X5CrNi18-10. Weryfikacje modeli matematycznych i numerycznych przeprowadzono w oparciu o porównanie wybranych wyników symulacji komputerowej z badaniami doświadczalnymi połączeń spawanych doczołowo. Symulacje numeryczne spawania laserowego przedstawiono dla płaskownika o grubości 2 mm. Wyznaczono rozkłady temperatury, określono kształt i wielkość strefy przetopienia złącza spawanego oraz naprężenia własne i deformacje. Wyznaczone numerycznie ugięcia porównano z wynikami pomiarów ugięć połączenia spawanego.