formularea problemelor de modelare în sudarea laser

În urma absorbţiei radiaţiei laser creşte temperatura suprafeţei şi apare vaporizarea volumică
(fierberea).
Presiunea de recul creşte temperatura suprafeţei peste temperatura de vaporizare şi induce
ejecţia topiturii din zona de interacţiune. Atât ejecţia topiturii cât şi evaporarea contribuie la
propagarea interfeţelor solid-lichid şi lichid-vapori în material într-un mod similar cu
găurirea. Faptul că există o mişcare a topiturii conduce în sudarea laser la diferenţe între
viteza de deplasare părţii din faţă a keyhole şi viteza de deplasare a laserului (viteza de
sudare). În cazul când viteza de deplasare a topiturii este mai mică decât viteza de deplasare a
laserului sunt aşteptate apariţia de instabilităţi.În model se consideră o zonă de interacţiune
dreptunghiulară între fascicolul laser de dimensiune 2rl şi un strat de material topit aflat la o
interfaţă. Mărimea care defineşte laserul este intensitatea Iabs , presupusă constantă pe lăţimea
întregului spot laser.Acesta poate fi topitura la frontul de eroziune în cazul tăierii sau peretele
din faţă al keyhole sau partea din faţă a keyhole. Sistemul de coordonate ales are direcţia X
de-a lungul stratului de material topit, iar direcţia Z perpendiculară pe aceasta.Obiectivul
studiului este propagarea interfeţei solid-lichid în material care este notată prin viteza vd
(viteza de găurire). Studiul porneşte de la faptul că rata de îndepărtare a materialului solid este
egală cu rata de îndepărtare a materialului sub formă de topitură plus rata de îndepărtare a
materialului sub formă de vapori (rata = masă/timp). Se calculează vd – viteza de găurire; vdm
– componenta vitezei de găurire datorată ejecţiei de topitură; vdv – componenta vitezei de
găurire datorată vaporizării, în funcţie de intensitatea absorbită Iabs.De asemenea se calculează
temperatura suprafeţei în funcţie de intensitatea absorbită.Pe baza acestor rezultate se
estimează folosirea Iabs.Aceata este compusă din intensitatea folosită la ejecţia de topitură
Iconv, cea folosită pentru conducţia în solid Icond şi cea folosită pentru vaporizare Ivap. Se
studiază rapoartele relative ale acestor intensităţi.O altă estimare care se realizează este cea a
timpului de interacţiune în funcţie de IabsO altă estimare este cea a temperaturii suprafeţei în
funcţie de Iabs pentru aluminiu În concluzii se arată că:
- presiunea de recul poate juca un rol semnificativ în ejecţia de material din zona de
interacţiune chiar şi pentru temperaturi scăzute ale suprafeţei în apropierea temperaturii de
topire;
-viteza mare de curgere a topiturii este generată de presiunea de recul în zona de interacţiune
pentru intensităţi tipic folosite în tăierea şi sudarea laser; forma curgerii topiturii nu poate fi
considerată ca mişcarea unui cilindru într-un bazin infinit;
- în condiţii tipice de tăiere şi sudare industrială aproximativ 70-90% din intensitatea
fascicolului absorbită în zona de interacţiune este mutată din aceasta prin curgerea topiturii; în
realitate termenul datorat transferului energiei prin convecţie (datorită mişcării topiturii) nu
poate fi ignorat în balanţa energetică în zona de interacţiune, nici în calculul câmpului termic
în baia de sudare sau în vecinătatea frontului de tăiere;
-viteza peretelui din faţă al keyhole sau a frontului de tăiere este determinată de intensitatea
laser absorbită şi poate fi mai mică sau mai mare decât viteza de sudare.
În lumina acestor rezultate se sugerează că următoarele presupuneri sunt inadecvate, deşi ele
sunt folosite la baza modelelor fizice şi numerice:
-în balanţa energetică în zona de interacţiune termenul care arată transferul de energie prin
convecţie poate fi neglijat;
- temperatura la peretele din faţă a keyhole este egală sau apropiată de temperatura de
fierbere;
- viteza de propagare a peretelui din faţă al keyhole este presupusă egală cu viteza de
translaţie;
44
Fiabilitate si Durabilitate - Fiability & Durability nr.2/2009
Editura “Academica Brâncuşi” , Târgu Jiu, ISSN 1844 – 640X