Simulação da soldagem a laser com arame de adição

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1. Introdução

2. Descrição da análise

3. Condições de contorno

4. Resultados e discussão

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1. Introdução

A soldagem a laser com arame de adição representa uma técnica avançada no campo da fabricação, proporcionando uma combinação única de precisão e eficiência. Esta abordagem inovadora utiliza um feixe de laser concentrado para fundir os materiais a serem unidos, enquanto um arame de adição é simultaneamente depositado, permitindo maior controle sobre o processo e a possibilidade de preencher espaços entre as peças. A busca por soluções que otimizem e aprimorem essa técnica tem crescido significativamente, impulsionada pela demanda por processos de soldagem mais eficientes e adaptáveis às exigências de diferentes aplicações industriais.

Nesta pesquisa, exploraremos a simulação e otimização da soldagem a laser com arame de adição, buscando a compreensão profunda dos fatores que influenciam o desempenho do processo. Ao empregar técnicas avançadas de modelagem e simulação no FLOW-3D WELD, procuraremos analisar o comportamento térmico e mecânico durante a soldagem, considerando variáveis como a potência do laser, velocidade de soldagem, diâmetro do arame de adição e composição dos materiais envolvidos.

2. Descrição da análise

Este estudo tem como objetivo investigar o processo de soldagem a laser com arame de adição no FLOW-3D e FLOW-3D WELD. Na simulação, duas peças de trabalho separadas por uma folga são unidas ao adicionar um arame de adição em um ângulo específico. Tanto o arame quanto as peças de trabalho adentram o domínio em estado sólido, mantendo uma velocidade constante, e fundem-se sob a influência de um laser estacionário. Além disso, uma "history probe" é empregada para monitorar a altura da junta soldada. Os resultados obtidos são submetidos a um processo pós-simulação por meio do FLOW-3D POST.

3. Condições de contorno

Neste tipo de simulação, foram utilizados modelos de transferência de calor e solidificação para analisar as variações de densidade do fluxo de fluido. Além disso, foram incorporados modelos de mudança de fase, escalares e gravidade.

O material de liga de alumínio 6061 T6 foi utilizado neste estudo.

Neste estudo, diversos parâmetros foram especificados para realizar o processo de soldagem, conforme ilustrado na imagem abaixo. Entre esses parâmetros, incluem-se o diâmetro do arame "D = 0,9 mm", o ângulo inclinado "a = 45 graus", a velocidade das peças de trabalho "Vw = 0,1 m" e a distância entre as duas peças de trabalho "w = 0,6 mm"

4. Resultados e discussão

Na nossa simulação de soldagem a laser com arame de adição, é possível obter vários resultados para compreender os processos físicos envolvidos na operação de soldagem. Aqui estão alguns resultados comuns que podem ser analisados:

O fluxo de calor representa a taxa de transferência de calor por unidade de área e é expresso em unidades de potência por unidade de área. O fluxo de calor gerado pelo feixe de laser à medida que interage com a peça de trabalho foi mostrado no vídeo abaixo. Isso inclui a distribuição espacial e temporal da entrada de calor do laser no material.

O perfil de temperatura dentro da zona de soldagem e áreas circundantes foi apresentado. Isso inclui a temperatura do feixe de laser, da poça fundida e do material solidificado. Compreender a distribuição de temperatura auxilia na previsão de zonas termicamente afetadas e na otimização dos parâmetros de soldagem.

A figura ilustra a Profundidade de Penetração do Material de Adição. A profundidade de penetração do material de adição afeta a qualidade e resistência da junta soldada, sendo influenciada pela taxa de alimentação do arame de adição e pelo ângulo de deposição.