Numerical modelling of liquid material flow in the fusion zone of hybrid welded joint

This paper concerns modelling of liquid metal motion in the fusion zone of laser-arc hybrid butt-welded plate. Velocity field in the fusion zone and temperature field in welded plate were obtained on the basis of the solution of mass, momentum and energy conservations equations. Differential equations were solved using Chorin’s projection method and finite volume method. Melting and solidification processes were taken into account in calculations assuming fuzzy solidification front where fluid flow is treated as a flow through porous medium. Double-ellipsoidal heat source model was used to describe electric arc and laser beam heat sources. On the basis of developed solution algorithms simulation of hybrid welding process was performed and the influence of liquid metal motion in the fusion zone on the results of calculations was analyzed.

Praca dotyczy modelowania ruchu ciekłego metalu w strefie przetopienia złącza spawanego doczołowo techniką hybrydową laser-łuk elektryczny. Pole prędkości w strefie przetopienia i pole temperatury w spawanym płaskowniku otrzymano z rozwiązania równań zachowania masy, pędu i energii. Do rozwiązania równań różniczkowych wykorzystano projekcję Chorina i metodę objętości skończonych. W obliczeniach uwzględniono procesy topienia i krzepnięcia złącza z założeniem rozmytego frontu krzepnięcia gdzie ruch cieczy traktowano jako przepływ przez medium porowate. Do opisu rozkładu mocy łuku elektrycznego i wiązki laserowej wykorzystano „podwójnie elipsoidalny” model źródła ciepła. Na podstawie opracowanych algorytmów przeprowadzono symulację procesu spawania hybrydowego analizując wpływ ruchu ciekłego metalu w strefie przetopienia na wyniki obliczeń.