بخشی از مقاله
چکیده
شکست برخی از قطعات جوشکاري با تغییرات ریزساختاري منطقه متاثر از حرارت مرتبط است. لذا کنترل و پیش بینی ریزساختار این ناحیه اهمیت زیادي دارد. در تحقیق حاضر، توزیع دما و هندسه حوضچه جوش فرآیند جوشکاري GMA محاسبه شد. سپس با استفاده از سیکل هاي حرارتی به دست آمده از شبیه سازي انتقال حرارت، معادلات سینتیکی استحاله فازي اصلاح شده کرکالدي به روش عددي براي منطقه متاثر از حرارت جوشکاري فولادهاي کم کربن حل شد.
توزیع سختی منطقه متاثر از حرارت با توجه به کسر حجمی فازها و سختی هر فاز محاسبه شد. براي ارزیابی مدل، روي سه نوع فولاد با ترکیب شیمیایی متفاوت، فرآیند جوشکاري GMA با شرایط کنترل شده انجام شد. مقایسه هندسه حوضچه جوش به دست آمده از ماکروگرافی جوش با حوضچه جوش حاصل از شبیه سازي به خوبی را نشان می دهد. براي ارزیابی مدل ریزساختار، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی از ریزساختار HAZ جوش ها تصویربرداري شد و آزمون سختی در ناحیه HAZ نیز انجام شد. نتایج پیش بینی فازها و سختی با نتایج آزمایش ها تطابق قابل قبولی دارد.
نتایج نشان می دهد که پیشگرم باعث کاهش سرعت سرمایش و در نتیجه کاهش کسر حجمی فاز سخت مارتنزیت شده است. علاوه بر این در فولادهاي با درصد کربن بالا، معادلات اصلاح شده کرکالدي، میزان سختی را از مقدار واقعی بیشتر پیش بینی می کنند و این معادلات براي فولادهاي با درصد کربن پایین تر از دقت بالاتري برخوردار هستند.
مقدمه
اتصال دهی اجزاي فلزي با جوشکاري، یک تکنولوژي مهم در بسیاري از صنایع، از قبیل پتروشیمی، نفت، هوافضا و کشتی سازي است. ترك خستگی، رایج ترین مکانیسم شکست در اتصالات جوشکاري شده است و معمولاً نتایج تاسف باري را به همراه دارد. ناحیه متاثر از حرارت یا HAZ، منطقه اي از فلز پایه است که با انجام جوشکاري، خواص و ریزساختار آن تغییر می کند. ناحیه HAZ واکنش هاي متالورژیکی پیچیده اي دارد که می تواند خواص مکانیکی را تضعیف کند. برخلاف اندازه کوچک ناحیه HAZ، شکست ترد آن می تواند تاثیر شدیدي روي از کار افتادگی قطعه داشته باشد. شکست ناحیه HAZ به طور مستقیم با ریزساختار آن ارتباط دارد. مقدمه پیش بینی ریزساختار ناحیه HAZ، محاسبه سیکل هاي حرارتی است.
روزنتال1 و آدامز2 به ترتیب روابط بسیار ساده اي براي محاسبه توزیع دما و پیک دما در قطعه ي جوشکاري براي عموم فرآیندهاي جوشکاري ذوبی ارائه کردند - Kou, . - 2003 پس از آن یک مدل سه بعدي با استفاده از روش المان محدود براي فرآیند خاص GMAW مطرح گردید که در این مدل، خواص ماده با دما ثابت نبوده و گرماي نهان ذوب نیز در مدل سازي لحاظ گردیده است. این مدل با در نظر گرفتن انتقال حرارت ناشی از ورود فلز پرکننده مذاب به حوضچه جوش، حتی نفوذ انگشتی3 فرآیند GMAW را به نمایش می گذارد
در کار مشابه بعدي، علاوه بر موارد ذکر شده تاکید بیشتر بر محاسبه عمق نفوذ و بررسی عوامل موثر بر آن بوده است - .با گذشت زمان شبیه سازي سیلان مذاب جوشکاري نیز انجام شد
در برخی موارد حالت هاي پیچیده تر جوشکاري مانند جوش فیلت نیز در فرآیند شبیه سازي وارد شده است .سپس بررسی هاي ریزساختاري با مدل سازي هاي انتقال حرارت و سیلان ماده ترکیب گردیده است حتی در بعضی موارد علاوه بر تمام موارد ذکر شده، ترکیب شیمیایی فلز جوش ایجاد شده در اثر فرآیند جوشکاري GMA نیز مورد پیش بینی قرار گرفته است
بخش بیشتر تحقیقات صورت گرفته در رابطه با استحاله فازي، مربوط به عملیات حرارتی است و کار کمتري روي استحاله فازي HAZ فولادها صورت گرفته است. پیچیدگی تاریخچه حرارتی جوشکاري و طبیعت غیرخطی سینتیک واکنش هاي متالورژیکی، پیش بینی تحلیلی ریزساختار ناحیه HAZ را بسیار دشوار ساخته است. در میان مدل هاي پیش بینی ریزساختار می توان به مدل هاي بهادشیا4، کرکالدي5 و اورامی6 اشاره نمود.
در این تحقیق، سعی بر مدل سازي انتقال حرارت فرآیند جوشکاري GMA، به منظور استفاده از نتایج آن در پیش بینی ریزساختار ناحیه متاثر از حرارت جوشکاري فولادهاي کم کربن است.
