Численное моделирование процессов формирования сварного шва при импульсной лазерной Nd: YAG- сварке сплава Zr-1% Nb

Bibliographic Details
Parent link:	Теплоэнергетика: теоретический и научно-практический журнал/ Российская академия наук (РАН) ; Российское научно-техническое общество энергетиков и электротехников.— , 1954-.— 0040-3636 № 3.— 2019.— [С. 72-82]
Corporate Author:	Национальный исследовательский Томский политехнический университет Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности Отделение электронной инженерии
Other Authors:	Satyanarayana G. Goteti, Narayana K. Kavaluru, Nageswara R. B. Rao Boggarapu, Слободян М. С. Михаил Степанович, Елкин М. А. Максим Александрович, Киселев А. С. Алексей Сергеевич
Summary:	Заглавие с экрана В последние годы в атомной и химической промышленности возросло использование циркониевых сплавов, легированных ниобием. Это объясняется их более высокой прочностью и коррозионной стойкостью по сравнению со сплавами, легированными оловом. В частности, их применяют при изготовлении тепловыделяющих топливных сборок ядерных реакторов, одним из важнейших технологических процессов производства которых является сварка. Для формирования качественных сварных швов необходимо поддерживать оптимальные параметры режима с учетом скорости движения расплавленного металла, а также динамику изменения температурных полей в сварочной ванне и зоне термического влияния. В настоящем исследовании выполнено численное моделирование процесса импульсной лазерной Nd:YAG-сварки циркониевого сплава Э110 с использованием трехмерной модели течения и теплообмена в сварочной ванне, которая также учитывает конвекцию Бенара–Марангони. Полученные расчетные значения скорости нагрева и охлаждения являются типичными для лазерной сварки и были использованы для изучения процесса формирования сварного шва и зоны термического влияния. Экспериментально верификацию модели проводили на стыковых соединениях листов из сплава Э110 толщиной 0.5 мм. Сварку осуществляли импульсным Nd:YAG-лазером в режимах, характеризующихся разными энергетическими параметрами. При одинаковой линейной плотности теплового потока и прочих равных условиях изменяли энергию импульсов, частоту их следования и длительность, а также скорость сварки. Сравнение полученных данных показало, что геометрические размеры реального сварного шва хорошо согласуются с результатами его численного моделирования. In recent years use of Zr-Nb alloys has increased in nuclear and chemical industry due to its corrosion resistance and enhanced strength compared to tin based ones. Welding of zirconium alloys is one of the most critical manufacturing processes for nuclear assembly production. To select suitable welding parameters to achieve quality weld, understanding of temperature and velocity fields during process in fusion zone and heat affected zone are essential. In the present study the Nd:YAG pulsed laser welding of zirconium alloy E110 was simulated using three-dimensional heat and fluid flow model. The convection mode of heat transfer and Marangoni stresses in fusion zone are two important mechanisms in controlling the heat transfer weld bead size. The calculated heating and cooling rates are of typical in laser welding and useful in microstructure study of fusion and heat affected zones. Experiments were carried with varying peak power, pulse frequency and duration using Nd:YAG pulsed laser on 0.5 mm thick sheets of E110 to form butt joints. The comparison of the results shows that the weld geometry is well matched with the numerical model. Режим доступа: по договору с организацией-держателем ресурса
Language:	Russian
Published:	2019
Subjects:	электронный ресурс труды учёных ТПУ распространение тепло лазерная сварка импульсные лазеры кристаллизация циркониевые сплавы
Online Access:	https://elibrary.ru/item.asp?id=36849059
Format:	Electronic Book Chapter
KOHA link:	https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=659488