Laser welding of metal alloy parts and calculation of losses by radiation, convection and evaporation

Abstract

Il existe de nombreux produits industriels qui sont constitués par des assemblages de pièces des alliages de magnésium AZ91 par soudage laser. Il existe également des études scientifiques qui ont travaillé sur ce sujet. Dans ce travail, nous avons proposés un modèle numérique 3D pour le soudage de deux pièces identiques d’alliage de AZ91, nous avons utilisé l’équation de chaleur pour décrire la distribution de l’énergie des phases solide et liquide et l’équation de flux pour le changement de phase. Pour résoudre ces équations. Les méthodes de différence finie et de Gauss–Seidel ont été utilisées à l’aide d’un programme numérique sous le langage FORTRAN. Les résultats obtenus ont montré que pour les températures élevées les effets de la dépendance des propriétés physique et des pertes sont considérables. Le soudage laser de AZ91 pendant 2 ms avec une puissance de 1000 W donne une perte d’énergie par évaporisation de 5.10-6 J alors que les pertes par rayonnement et convection sont estimées à environ 4.10-5 J.

هناك عدة منتجات صناعية مكونة من تجميع قطع من سبائك المغنيزيوم AZ91 عن طريق اللحام بالليزر. كما أن هناك دراسات علمية عملت على هذا الموضوع. في هذا العمل اقترحنا نموذجا عدديا ثلاثي الأبعاد لنمذجة لحام قطعتين متطابقتين من سبائك AZ91، استخدمنا معادلة الحرارة لوصف توزيع الطاقة للطرين الصلب و السائل و معادلة التدفق للتغير في الطور. لحل هذه المعادلات تم استخدام طريق الفروق المنتهية و طريقة غوصايدل باستخدام برنامج عددي بلغة الفورترون. أظهرت النتائج التي تم التوصل لها أنه بالنسبة لدرجات الحرارة المرتفعة فإن تأثير استخدام خصائص المادة المتغيرة بدلالة درجة الحرارة و كذا تأثير الضياعات يكون معتبرا. لحام سبيكة AZ91 خلال ms 2 بليزر إستطاعته W1000 أعطى طاقة ضائعة بالتبخر تقدر ب 5.10-6 J بينما قدرت الضياع بالإشعاع و التوصيل ب 4.10-5 J لكل منهما.

There are many industrial products made of assemblies of parts of magnesium alloy AZ91. There are also many scientific studies that have worked on this subject. In this work, we propose a 3D numerical model for the welding of two identical parts of AZ91 alloy, we used the heat equation to describe the energy distribution of solid and liquid phases and the flux equation for phase change. To solve these equations; the Finite Difference Method and the Gauss–Seidel method were used with a numerical program in FORTRAN language. The results obtained showed that for high temperatures the effects of temperature depended properties and energy lost by radiation, Convection and evaporation are considerable. Laser welding of AZ91 during 2 ms with a power of 1000 W gives a loss of energy by evaporation of 5.10-6 J while losses by radiation and evaporation are estimated about 4.10-5 J.