The work concerns the numerical modelling of coupled thermal and mechanical phenomena occurring in the laser beam welding process. Commercial Abaqus FEA engineering software is adopted to numerical computations in order to perform a comprehensive analysis of thermo-mechanical phenomena. Created in Fortran programming language additional numerical subroutines are implemented into Abaqus solver, used to describe the power intensity distribution of the movable laser beam heat source. Temperature dependent thermomechanical properties of X5CrNi18-10 steel are adopted in the numerical analysis of stress and strain states. Mathematical and numerical models are verified on the basis of a comparison between selected results of computer simulations and experimental studies on butt-welded joints.Numerical simulations are presented for steel sheet with a thickness of 2 mm. Temperature distributions, the shape and size of melted zone as well as residual stress and deformations are presented for analyzed elements. Numerically determined deflections are compared with the measured deflection of welded joint.

Numerical simulation of deformations in laser welded T-joint is carried out in this study. The analysis is performed using Abaqus FEA engineering software. Additional author's numerical subroutines, written in FORTRAN programming language are used in computer simulations where models of the distribution of movable laser beam heat source, kinetics of phase transformations in solid state as well as thermal and structural strain are implemented. Thermomechanical properties of welded material changing with temperature are taken into account in the analysis.Presented results of numerical simulations performed for the laser beam welding of two perpendicularly arranged sheets include temperature distribution, kinetics of phase transformations in solid state, thermal and structural strain as well as estimated welding deformations.Keywords: Laser welding, numerical modelling, welding deformations, T-joint W pracy przeprowadzono analizę numeryczną deformacji złącza teowego spawanego wiązką laserową. Analizę numeryczną przeprowadzono z wykorzystaniem pakietu oprogramowania inżynierskiego Abaqus FEA. W symulacjach komputerowych wykorzystano dodatkowe, autorskie procedury numeryczne napisane w języku programowania Fortran, gdzie implementowano modele rozkładu mocy ruchomego źródła ciepła wiązki laserowej, kinetyki przemian fazowych w stanie stałym oraz odkształ-ceń termicznych i strukturalnych. W analizie uwzględniono zmienne z temperaturą własności termomechaniczne spawanego materiału.Przedstawione wyniki symulacji komputerowych wykonanych dla spawania laserowego dwóch prostopadle ułożonych blach obejmują rozkłady temperatury, kinetykę przemian fazowych w stanie stałym, odkształcenia cieplne i strukturalne oraz oszacowane odkształcenia spawalnicze.

MODELOWANIE NUMERYCZNE ZJAWISK CIEPLNYCH I STRUKTURALNYCH W ELEMENTACH STALOWYCH SPAWANYCH DOCZOŁOWO WIĄZKĄ LASERA Yb:YAGThe numerical model of thermal and structural phenomena is developed for the analysis of Yb:YAG laser welding process with the motion of the liquid material in the welding pool taken into account. Temperature field and melted material velocity field in the fusion zone are obtained from the numerical solution of continuum mechanics equations using Chorin projection method and finite volume method. Phase transformations in solid state are analyzed during heating and cooling using classical models of the kinetics of phase transformations as well as CTA and CCT diagrams for welded steel. The interpolated heat source model is developed in order to reliably reflect the real distribution of Yb:YAG laser power obtained by experimental research on the laser beam profile.On the basis of developed numerical models the geometry of the weld and heat affected zone are predicted as well as the structural composition of the joint.Keywords: Laser welding, heat transfer, phase transformations, numerical modelling, Kriging method Praca dotyczy modelowania numerycznego zjawisk cieplnych i strukturalnych w procesie spawania laserem Yb:YAG z uwzględnieniem ruchu ciekłego materiału w jeziorku spawalniczym. Pole temperatury i pole prędkości ciekłej stali w strefie przetopienia otrzymano z numerycznego rozwiązania równań mechaniki ośrodków ciągłych metodą projekcji Chorina i metodą objętości skończonych. Przemiany fazowe w stanie stałym analizowano podczas nagrzewania i chłodzenia bazując na klasycznych modelach kinetyki przemian fazowych oraz wykresach CTA i CTPc-S. W celu wiarygodnego odzwierciedlenia rzeczywistego rozkładu mocy lasera Yb:YAG opracowano model interpolowany źródła, wykorzystujący badania doświadczalne profilu wiązki laserowej. Na podstawie opracowanych modeli numerycznych prognozowano geometrię spoiny i strefy wpływu ciepła oraz skład strukturalny złącza.

Abstract. This paper concerns numerical modelling of the Yb:YAG laser beam welding process. Numerical algorithms are developed for the analysis of thermal phenomena in a laser welded joint taking into account the motion of the liquid material in the welding pool. The model describing the laser beam heat source power distribution is developed on the basis of the kriging method. The heat source model uses the real laser beam profile obtained from experimental measurements of the beam emitted from a Trumpf D70 laser head performed on UFF100 analyzer. On the basis of developed numerical algorithms computer simulations of a Yb:YAG laser beam welding are carried out used to analyze the influence of the thermal load model on the shape and size of the weld.

This work concerns numerical modelling of thermal and structural strain, resulting in heating and cooling of laser butt-welded joints. Numerical analysis of strain is carried out in Abaqus FEA. Through the use of additional author's subroutines, the structural strain caused by phase transformations during heating and cooling of welded elements is taken into account in the analysis. V.I. Machnienko models as well as Continuous Heating Transformation (CHT) and Continuous Cooling Transformation (CCT) diagrams for S355 steel are implemented into UEXPAN subroutine in order to determine the kinetics of phase transformation in the solid state. The model takes into account thermomechanical properties of the base material varying with temperature.The paper presents results of numerical simulation of temperature field, predicted structural composition, thermal and structural strain in laser butt-welded joints.Keywords: Laser welding, heat transfer, phase transformations, numerical modelling, isotropic strain W pracy przedstawiono numeryczne modelowanie odkształceń cieplnych i strukturalnych, powstających podczas nagrzewania i chłodzenia, złącza spawanego doczołowo wiązką promieniowania laserowego. Analizę numeryczną odkształceń przeprowadzono w programie Abaqus FEA. Dzięki zastosowaniu dodatkowych autorskich aplikacji w analizie uwzględniono odkształcenia strukturalne wywoływane przemianami fazowymi podczas nagrzewania i chłodzenia spawanych elementów. Do wyznaczenia kinetyki przemian fazowych w stanie stałym zastosowano modele V.I. Machnienki oraz wykresy CTP A i CTPc-S dla stali S355 implementowane do procedury UEXPAN. W modelu uwzględniono zmienne z temperaturą własności termomechaniczne spawanego materiału.Przedstawiono wyniki symulacji numerycznych pola temperatury, prognozowanego numerycznie składu strukturalnego oraz odkształceń termicznych i strukturalnych w złączu spawanym doczołowo wiązką promienia laserowego.