Title

FINITE ELEMENT SIMULATION OF Al-1.5wt%Fe SAMPLES PROCESSED BY LASER SURFACE REMELTING

SIMULAÇÃO POR ELEMENTOS FINITOS PARA AMOSTRAS Al-1,5m%Fe PROCESSADAS POR REUSÃO SUPERFICIAL A LASER

Authorship

Machado, Siliane; Santos, Kelly dos; Teleginski, Viviane; Meza, Elisangela dos Santos; Riva, Rudimar; Pariona, Moisés Meza

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Santos, Kelly dos

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Teleginski, Viviane

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Meza, Elisangela dos Santos

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Riva, Rudimar

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Pariona, Moisés Meza

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DOI

10.5151/2594-5327-18112

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Abstract

Nowadays, the components of automobiles are predominantly made of light alloys such as aluminum and magnesium. Although the density of these materials allows considerable savings in weight and consequently, in fuel consumption, in most cases, it is necessary to modify the basic form of the metal at its surface. This can be done by laser surface treatment. The propose of this study was to develop a mathematical model of the heat transfer, based on the finite element method, in order to simulate the weld fillet by laser remelting of the alloy Al-1.5wt%Fe using Comsol Multiphysics and Thermo-Calc softwares. In this work, the thermal properties of the alloy were introduced as temperature dependent functions due to the high temperature variations and the phase changes in the material occurred during the treatment. The simulation was carried out to analyze the spatial distribution of temperatures in the weld fillet. The Nd: YAG laser parameters used for the experiments were: 600 W, continuous wave operation in the TEM00 mode, scanning speed of 40 mm/min and the laser beam was defocused 3mm. The weld pool shapes were simulated and compared with the experimental result and these results were satisfactorily consistent.

Atualmente, os componentes de automóveis são predominantemente feitos de ligas leves como alumínio e magnésio. Embora a densidade desses materiais permitam uma redução considerável de peso e, consequentemente, no consumo de combustível, na maioria dos casos, é necessário modificar a forma básica do metal em sua superfície. Isso pode ser feito por tratamento superficial a laser. O objetivo deste estudo é desenvolver um modelo matemático de transferência de calor, com base no método dos elementos finitos, para simular a superfície refundida por laser na liga Al-1.5 wt% Fe, utilizando os softwares Comsol Multiphysics e Thermo-Calc. As propriedades térmicas do material são introduzidas como funções dependentes da temperatura, devido às grandes variações de temperatura e mudanças de fase que ocorrem no material durante o tratamento. A simulação realizada analisou o histórico da distribuição espacial da temperatura na região irradiada. Os parâmetros do laser Nd: YAG utilizados para os experimentos foram: 600 W, operação de onda contínua no modo TEM00, velocidade de varredura de 40 mm/min e com o feixe laser desfocado 3mm. Os perfis simulados refundidos foram comparados com os resultados experimentais, sendo que os resultados mostraram-se satisfatoriamente coerentes.

Keywords

Simulation; Al-Fe alloys; Laser remelting.

Simulação; Ligas Al-Fe; Refusão a laser.