Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Foroozmehr,Mahdi Javanbakht
احسان فروزمهر (استاد مشاور) مهدی جوان بخت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yaser Rafigh doost
یاسر رفیق دوست

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Simulation of solidification of molten pool in laser cladding process of pure metal using phase field method
Among the various phenomena involved in laser cladding, the solidification of molten pool has been of a great interest for years. Despite the remarkable advances and big potentials in this area, the modeling of microstructure evolution and its coupling to macroscopic parameters have not been properly studied. In the present work, the solidification of molten pool in laser cladding process is studied using a multiscale modeling based on the phase field method. The finite element method and the COMSOL code are used to solve the system of equations. First, the laser scanning on the substrate is simulated and the mass addition is considered such that the predefined microelements of the additive mass are activated along with the laser motion based on a specific pattern. Simultaneously, the shape and geometry of the molten pool and the temperature field are calculated. Next, different types of solidification behaviors such as equiaxed and columnar for pure nickel are studied in the microelements inside the solid-melt interface using the phase field method. Numerical procedure is verified based on different microstructures and solid-melt interface velocity compared with those of previous studies. Also, the effect of key parameters on solidification such as undercooling, solid-melt interface width and velocity, laser power, thermal gradient and solidification average velocity for different depths is investigated. Keywords: Laser cladding process, phase field method, solidification, molten pool, finite element simulation
از میان پدیده‌های مختلفی که در فرآیند روکش‌کاری لیزری رخ می‌دهد، انجماد حوضچه مذاب از دیرباز مورد توجه محققان قرار داشته است. ولی برخلاف ظرفیت‌های فراوان و پیشرفت‌های گسترده‌ای که در این حوزه صورت گرفته، مدل‌سازی سیرتکامل میکروساختار و همچنین تطابق وارتباط آن با پارامترهای ماکروسکوپیک فرآیند به‌طور کامل مورد بررسی قرار نگرفته است. در این پژوهش، پدیده ی انجماد در حوضچه ی مذاب ایجاد شده در فرآیند روکش کاری لیزری شبیه سازی شده است. روش مورد استفاده، روشی چندمقیاسی و بر پایه ی روش میدان فاز بنا می شود. در شبیه سازی های عددی از روش اجزای محدود، برای حل معادلات به‌کمک نرم افزار کامسول مولتی فیزیک استفاده شده است. در گام نخست، حرکت لیزر بر روی بستر شبیه سازی و جرم افزایشی درون مدل لحاظ گردیده است. بدین صورت که همراه با حرکت لیزر المان های ماکروی جرم افزودنی بر طبق الگوی مشخص پس از هر گام زمانی فعال گردیده و شکل و هندسه ی حوضچه ی مذاب و همچنین توزیع میدان دمایی در طی فرآیند محاسبه شده و سپس در ادامه با در اختیار داشتن توزیع میدان دمایی در اطراف فصل مشترک جامد - مذاب، مساله ی انجماد برای رژیم های مختلف انجماد نظیر انجماد هم محور و ستونی تحت فرآیند مادون تبرید در داخل میکروالمان های موجود در ناحیه ی فصل مشترک حرارتی و به کمک روش میدان فاز برای فلز خالص نیکل بررسی گشته است. معادلات و فرآیند عددی از طریق تولید چندین نوع میکروساختار و سرعت های مشابه با نتایج مراجع صحت سنجی گشته اند. در این تحقیق، اثر پارامترهای مهمی مانند ضریب مادون تبرید، ضخامت فصل مشترک جامد - مذاب و توان لیزر در روند تکاملی میکروساختار و همچنین گرادیان گرمایی و نیز سرعت نوک جبهه ی انجماد و سرعت میانگین در عمق های مختلف حوضچه مذاب بررسی شده است. کلمات کلیدی: 1- فرآیند روکش‌کاری لیزری 2- روش میدان فازی 3- انجماد 4- حوضچه مذاب 5-روش اجزا محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی