شبيه سازي عددي و استخراج مدل آماري بيانگر تأثير قطر پرتو ليزر و ضخامت قطعه كار بر روي توزيع دما در جوشكاري با ليزر در آلياژ تيتانيوم

Numerical simulation and extracting the statistical model indicating the effect of laser beam diameter and workpiece thickness on temperature distribution in laser welding in titanium alloy

امروزه استفاده از ليزر در جوشكاري آلياژهاي تيتانيوم، كاربردهاي ويژه‌اي در صنايع با فنّاوري بالا دارد. هدف از اين مطالعه، استخراج مدل آماري بيانگر تاثير تغييرات قطر پرتو ليزر و فاصله در راستاي ضخامت قطعه كار بر روي دماي جوشكاري آلياژ تيتانيوم Ti6Al4V مي‌باشد. جهت استخراج اين مدل، ابتدا آزمايشات مورد نياز توسط روش تاگوچي، طراحي گرديدند و سپس با استفاده از روش المان محدود، مورد ارزيابي قرار گرفتند. استفاده روش پاسخ سطح، جهت استخراج مدل آماري بر مبناي تغييرات قطر ليزر و فاصله در راستاي ضخامت قطعه كار مورد استفاده قرار گرفته است. با آناليز واريانس بر روي نتايج، خطاي مدل آماري در محدوده قابل قبول ارزيابي گرديد. بر اساس نتايج ارزيابي شده، فاصله در راستاي ضخامت قطعه كار و قطر پرتو ليزر به ترتيب 67/76 و 97/17 درصد بر روي دماي جوشكاري تاثير دارند و با افزايش قطر پرتو ليزر در صورت ثابت بودن توان جوشكاري، مقدار حرارت جوشكاري كاهش چشمگيري پيدا مي‌كند. جهت جوشكاري آلياژ Ti6Al4V، بهترين محدوده جوشكاري قطر پرتو ليزر بين 24/0 و 2/0 ميليمتر مي باشد.

Nowadays, the use of lasers in welding titanium alloys has special applications in high-tech industries. This study aims to extract the statistical model showing the effect of changes in the diameter of laser beam diameter and distance in line thickness welding temperature. At first, For establishing this model, the required experiments were designed by the Taguchi method and then evaluated using the finite element method. The surface response method is used to extract the statistical model based on the variation of laser beam diameter and distance through the workpiece thickness. By the analysis of the variance, the statistical model error was evaluated in an acceptable range. According to the evaluated results, the influence percent of the distance along with the workpiece thickness and the laser beam diameter is 76.67 and 97 %, respectively, on the welding temperature. By increasing the diameter of the laser beam, the amount of the welding temperature is significantly reduced. For laser welding of Ti6Al4V, the best laser beam diameter is between 0.2 and 0.24mm.