For a better understanding of the physical phenomena associated with the appearance of defects in laser welding, a heat and fluid flow model is developed using Comsol Multiphysics®. This first step of the project is focused on the modeling of a static laser shot on a sample of steel. This 2D axially-symmetric configuration is used to study the main physical phenomena related to the creation of the keyhole. This model takes into account the three phases of the matter: the vaporized metal, the liquid phase and the solid base. To track the evolution of these three phases, coupled equations of energy and momentum are solved. The liquid/vapor interface is tracked using the Level-Set method. The calculated velocity and free surface deformation are analyzed. Melt pool shapes are compared with experimental macrographs and the influence of some parameters such as laser power is discussed.

Nous introduisons dans cet article une application de la méthode des éléments finis étendus (X-FEM) au cas de la simulation numérique de la coupe, qui se trouve encore confrontée à des limitations d'ordre numérique. La gestion du problème du contact à l'interface outil/copeau est présentée, et l'intérêt du couplage entre X-FEM et la méthode des level-sets pour ce problème est mis en valeur. Les résultats de la validation, effectuée sur des exemples typiques, sont détaillés. Les premières validations sur un test d'usinage sont ensuite présentées, pour une loi de comportement de type fluide newtonien. Nous dégageons enfin les améliorations futures que la méthode est à même d'apporter à la simulation numérique de la coupe.