بخشی از مقاله
چکیده
تنشهای پسماند در اثر متمرکز ساختن حرارت در طول فرآیند جوشکاری رخ میدهد. امروزه یکی از مهم ترین مسائل در فرآیند جوشکاری، وجود تنش پسماند در جوش میباشد. از این رو پرداختن به موضوع جوش از اهمیت بالایی برخوردار است.
در این تحقیق فرآیند جوشکاری پرتو الکترونی به کمک روش اجزاء محدود با اعمال شرایط تغییر فاز به صورت دو بعدی شبیهسازی شده است. در این شبیهسازی که از کد - ماکرو - تهیه شده توسط گردآورندگان این مقاله در نرمافزار ANSYS استفاده شده است. مقایسه نتایج بدست آمده در این تحقیق با نتایج آزمایشگاهی و تحلیلهای عددی دیگر محققان تطابق خوبی را نشان میدهد.
-1 مقدمه
امروزه فرآیند جوشکاری به طور گسترده در ساختمانها، پلهای فلزی و به خصوص در صنایع پتروشیمی و هستهای مانند مخازن تحت فشار کاربرد بسیاری دارد. فرآیند جوشکاری دارای محدویت هایی می باشد که میتوان به گسترش تنشهای پسماند حاصل از حرارت موضعی بالا، سیکلهای حرارتی و نیز گرادیان حرارتی بسیار بالا اشاره کرد.[1] این تنشها باعث شکست ترد، کاهش حد تحمل بار و کاهش عمر اتصالات جوشی و تغییر فرمهایی در سازههای جوشکاری خواهد شد. از همین رو اندازهگیری میزان تنشهای پسماند از اهمیت بالایی برخوردار است.
در چند دههی اخیر محققان برای تعیین تنشهای پسماند جوشکاری به کمک روش اجزاء محدود تلاشهای بسیاری انجام داده اند که میتوان به برخی از آنها اشاره کرد:
در سال 1983 فیدلر[2] 1 تنشهای پسماند جوش در لوله Cromov-2crmo را مورد بررسی قرار داد. تا این زمان اطلاعات قابل اعتمادی در مورد توزیع تنش در جوش وجود نداشت. برای بهبود این وضعیت تکنیکی ایجاد شد که اجازه میداد توزیع تنش را به طور کامل تعیین کرد. این تکنیک در لوله اصلی بخار مورد استفاده قرار گرفت. در ایجاد این تکنیک که با استفاده از اندازهگیری تجربی همراه با تحلیل المان محدود سه راهحل شامل بارهای خطی، بارهای نواری و بارهای مثلثی مورد بررسی قرار گرفت، که فقط در بارهای مثلثی، دقت قابل قبول بود.
در سال 2007 میرزایی[3] 2 و همکارانش اندازهگیری و پیشبینی تنشهای پسماند در یک دریچه بخار با جنس فلز آستنیت ضدزنگ با تکنیک سوراخزنی عمیق و المان محدود انجام دادند؛ اما این روش تنشهای پسماند کششی بالایی تولید کرد.
در سال 2012 پادا[4] 3 و همکارانش، توزیع تنشهای پسماند در یک لوله P91 را بررسی کردند و به این نتایج دست یافتند که بیشترین تنشهای پسماند کششی در مرز بین منطقه تحت تأثیر حرارت و فلز اصلی و همچنین ریشه جوش به وجود میآید و بیشترین تنشهای فشاری در آخرین پاس جوش به وجود آمدند.
در سال 2014 اسمیت[5] 4 و چند تن از همکاران او اندازهگیری و پیشبینی تنشهای پسماند چهار فلز ضخیم که با جوش پرتو الکترونی اتصال داده شده بود انجام دادند که دو مورد از آنها فلز فریتی و دو مورد دیگر فلز ضد زنگ بودند. مشاهده شد که در فلز فریتی بیشترین تنش پسماند خارج از منطقه جوش به نام منطقه تحت تأثیر حرارت رخ میدهد اما در مورد فلز ضد زنگ چنین چیزی مشاهده نگردید.
درتحقیق حاضر شبیهسازی فرآیند جوشکاری پرتو الکترونی با در نظر گرفتن شرایط تغییر فاز به کمک نرمافزار ANSYS انجام شده است. در این شبیهسازی دو مرحله حل غیر کوپله حرارتی و مکانیکی در نظر گرفته شده است که از حل حرارتی تاریخچه دمایی بدست میآید؛ سپس این تاریخچه دمایی به عنوان بار حرارتی به مدل مکانیکی اعمال میگردد و از حل مکانیکی توزیع تنش محاسبه میشود، نتایج بدست آمده با نتایج ارائه شده توسط محققان دیگر مقایسه شده است.
