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Please use this identifier to cite or link to this thesis: http://hdl.handle.net/10589/93562

Author: ABEDI, HOSSEIN
Supervisor: PREVITALI, BARBARA
Scientific Disciplinary Sector: ING-IND/16 TECNOLOGIE E SISTEMI DI LAVORAZIONE
Date: 23-Jul-2014
Academic year: 2013/2014
Title: Modeling of CP titanium annealing process with a single or dual beam laser source
Italian abstract: Negli ultimi anni, il titanio commercialmente puro grado 1 sta trovando un largo impiego in differenti ambiti di applicazione a cause delle ottime caratteristiche meccaniche, di deformabilità e leggerezza che lo costituiscono. Tuttavia l’incremento delle sue proprietà di deformazione plastica possono essere incrementate ulteriormente tramite l’utilizzo di un trattamento termico. Il laser per via delle sue caratteristiche può essere utilizzato come strumento per effettuare il trattamento termico. Tuttavia, a causa della complessità del fenomeno la simulazione numerica può essere un ottimo strumento di supporto per ridurre il costo degli esperimenti. Differenti combinazioni di parametri di processo possono portare al corretto conseguimento dell’incremento di proprietà di deformazione del materiale. In ambito industriale, la scelta tra questi differenti set di parametri è dettata da un bilancio tra efficacia del processo e produttività Al fine di identificare i migliori parametri di processo finalizzati a massimizzare la produttività del processo, si è creato un modello agli elementi finiti tramite l’utilizzo di COMSOL. In prima battuta, il modello è calibrato paragonando i risultati derivanti dalle simulazioni con degli esperimenti dove la la temperatura viene misurata utilizzando delle termocoppie. Successivamente, tramite l’utilizzo del modello agli elementi finiti proposto, si valuta la produttività del processo al fine di massimizzare la produttività. Tali parametri di processo sono validati tramite una successiva campagna sperimentale. In fine, la produttività del modello proposto viene paragonata con una soluzione dove è previsto prevede l’utilizzo di due sorgenti gaussiane affiancate per ottenere un campo termico favorevole all’incremento di produttività all’interno del materiale trattato.
English abstract: In recent years, commercially pure titanium grade 1, is finding application in a wide range of fields because its advanced high strength, good formability, and reduced density. Nevertheless, the deformation proprieties of titanium can be increased through the use of specific heat treatment. A laser beam can be used as a flexible heat treatment tool. Because of the complexity of this process, numerical simulation becomes vital for reducing experiments costs. Various set of process parameter which guaranties different level of effectiveness of the process can be identified. In the industrial environment, the choice among these parameters is a trade-off between quality assurance and productivity maximization. In order to identify the best choice of process parameters, a 3D transient numerical model has built up in COMSOL multi-physics to simulate laser annealing process of the Commercially pure Titanium (CP Ti1). Firstly, a model calibration through temperature measurement via thermocouple is performed. Punctual temperature profile comparison between simulation and experiments is used as method to calibrate the model. Secondly, quantitative productivity information are extrapolated from the FEM model using different process parameters identifying the maximum productivity point. Further experiment are carried out to validate the increase in productivity in the optimal point. Finally, the productivity of a single beam source is compared with a different solution where two adjacent sources are used to obtain a favorable temperature distribution inside the work piece aimed at further increase the laser annealing productivity.
Italian keywords: simulazione del scambio termico; calibrazione del campo di temperatura; addolcimento laser; ottimizzazione della produttività; sorgenti laser adiacenti
English keywords: numerical heat treatment modeling; temperature field calibration; fiber laser stress relief; productivity optimization; adjacent heat sources
Language: eng
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