• Guillen, Ronald
• Laazizi, Abdellah

Abstract

La simulation du procédé de traitement des matériaux par faisceau laser est une étape fondamentale pour optimiser les paramètres opératoires. Les approches analytiques ou semi-analytiques présentes dans la littérature sont limitées par leurs hypothèses restrictives. Des simulations numériques permettent de prendre en compte des phénomènes représentatifs de la réalité, particulièrement, lorsqu il y a fusion du matériau traité et présence des mouvements de convection dans le bain fondu. Dans ce travail, nous avons mis au point une simulation numérique du transfert thermique tenant compte du déplacement du faisceau, des mouvements de convection, des transformations de phases et de la dépendance des propriétés thermiques et physiques en fonction de la température. L équation de conservation de la chaleur instationnaire est résolue par une méthode de différences finies avec des schémas explicite ou implicite selon l intensité des mouvements de convection. Le problème du couplage vitesse-pression est résolu par l algorithme itératif SIMPLE. Deux matériaux différents ont été étudiés pour valider les résultats de simulations : un acier inoxydable X30Cr13 et du Fer (99,8%) quasiment pur. Les essais ont été effectués à l aide de deux sources lasers Nd-YAG pulsées dans le cadre d une collaboration avec le LPMI de l ENSAM d Angers et le LTm de l'IUT du Creusot. À basse puissance, la comparaison simulation-expérience est satisfaisante concernant la morphologie de la Zone Fondue. À haute puissance des écarts ont été remarqués entre les résultats numériques et expérimentaux. Ils sont dus à la non prise en compte dans nos simulations du phénomène de Keyhole. ; The simulation of the material treatments process by laser beam is a fundamental stage to optimize the operative parameters. The analytic or semi-analytic approaches described in the literature are limited by restrictive assumptions. Numerical simulations allow to take into account phenomena really encountered, particularly, when fusion of the treated material appears and convection movements in the melted bath take place. In this work, we have developed a numerical simulation of heat transfer taking into account the displacement of the laser beam, the convection movements, phase transformations and the dependence on temperature of the thermal and physical properties. The transient heat equation is solved by using a finite differences method with an explicit or implicit scheme following the intensity of the convection movements. The velocity-pressure coupling problem, present in the conservation and continuity equations, is solved by an iterative algorithm SIMPLE. Two different materials have been studied to validate the simulated results : a stainless steel X30Cr13 and an almost pure Iron (99.8%). Regarding the experimental procedure, two pulsed Nd-YAG laser have been used, as part of a collaboration with the Laboratoire Procédés Matériaux Instrumentation from the ENSAM of Angers and the Laser et Traitement des matériaux laboratory from the IUT of Creusot. When low power irradiations are used, simulation and experimental results about the width and depth of the melted zone are in good agreement. For high power irradiations, a Keyhole effect appears and so simulation and experimental results do not fit. ; NANTES-BU Sciences (441092104) / Sudoc ; NANTES-BU Technologie (441092105) / Sudoc ; NANTES-Ecole Centrale (441092306) / Sudoc ; Sudoc ; France ; FR

Topics

• impedance spectroscopy
• stainless steel
• phase
• simulation
• laser emission spectroscopy
• iron