بخشی از مقاله
چکیده
اکنون به خوبی ثابت شده است که جریان سیال و انتقال حرارت در تعیین اندازه و شکل حوضچه جوش و درشت ساختار و ریزساختار جوش مهم هستند. در این پژوهش، انتقال حرارت و جریان سیال در فرآیند جوشکاری اکتیو تیگ - A-TIG - برای فولاد زنگ نزن 316L مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور معادلات بقای جرم، انرژی و ممنتوم با استفاده از مدلی سه بعدی توسط نرم افزار فلوئنت حل شد.
در حل این مسئله، نیروهای محرکه جریان سیال شامل الکترو مغناطیس، کشش سطحی و نیروی شناوری در نظر گرفته شد. اثرات فلاکس فعال کننده و انقباض قوس روی حوضچه جوش مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که انقباض قوس و افزایش مقادیر اکسیژن می تواند باعث عرض جوش باریک تر و نفوذ عمیق تر شود. مکانیسم اصلی برای افزایش عمق نفوذ در جوشکاری A-TIG، انقباض قوس و تغییر در شیب کشش سطحی در حوضچه مذاب توسط اکسیژن حل شده با استفاده از فلاکس های فعال کننده در حوضچه جوش در نظر گرفته می شود.
مقدمه
جوشکاری TIG به کمک فلاکس و یا فرایند A-TIG در موسسه جوش پاتون در سال 1960 ابداع شد. با وجود نفوذ 5 تا 6 میلی متر در یک جوش تک پاس، اما عمدتا به دلیل چند ویژگی ذاتی نامطلوب به اندازه کافی در صنعت جایگاهی پیدا نکرد: - الف - دو مرحله ای بودن ماهیت فرآیند و - ب - ضعیف بودن جوش مهره - ج - عمر الکترود ضعیف. قابلیت نفوذ بالای فرایند A-TIG محققان را مجذوب و موجب تجدید پژوهش ها در این دهه شده است.
در جوشکاری A-TIG یک لایه نازک از فلاکس فعال که از پودرهای معدنی تشکیل شده است، بر روی ورق فولاد قبل از جوشکاری اضافه می شود .[1] بسیاری از تحقیقات بر روی مکانیسم و تکنولوژی کاربرد فرآیند A-TIG انجام شده است و دو نظریه انقباض قوس و همرفت مارانگونی معکوس در حوضچه جوش نمونه های از آنها هستند. با این حال، هنوز هم هیچ مکانیسم مورد توافقی برای افزایش عمق نفوذ وجود ندارد، با وجود اینکه چندین مکانیسم پیشنهادی در مقالات آمده است.
با استفاده از فرایند جوشکاری TIG، گرادیان کشش سطحی منفی است و جنبش های همرفتی گریز از مرکز می باشند ولی در جوشکاری A-TIG فلاکس های فعال باعث جریان انتقالی وارونه به دلیل حضور اکسیژن در سطح منطقه ذوبی می شوند. در این حالت گرادیان کشش سطحی مثبت است که ناشی اکسیدهای موجود در فلاکس فعال و افزایش کشش سطحی فعال است. بنابراین جوشکاری A-TIG منجر به افزایش عمق نفوذ و کاهش در عرض حوضچه جوش می شود .[2]
مقاله حاضر بر اثرات اکسیژن در فلاکس های فعال کننده بر جریان سیال و نفوذ جوش تمرکز کرده است و یک مدل ریاضی سه بعدی برای شبیه سازی جریان سیال و انتقال حرارت در حوضچه جوش، با توجه به گرادیان دمایی کشش سطحی به عنوان تابعی از دما و غلظت اکسیژن با استفاده از نرم افزار “Fluent” توسعه داده است.
مواد و روش تحقیق
معادلات حاکم بر جریان سیال و انتقال حرارت در حوضچه جوش: شبیه سازی جریان سیال، انتقال حرارت و سایر پدیده های فیزیکی مرتبط، نیازمند توصیف آن پدیده ی فیزیکی به کمک جملات ریاضی است که این اصول توسط معادلات دیفرانسیل جزئی بیان می شوند. به منظور ساده سازی مدل های ریاضی، پیش فرض های زیر درنظر گرفته شده است:
* جریان نیوتنی و تراکم ناپذیر است که با توجه به اندازه نسبتا کوچک حوضچه ی جوش مورد انتظار است.
* شارهای جریان و حرارتی که بطور فضایی در سطح آزاد توزیع می شوند مشخصه ای گوسی دارند.
* سطح حوضچه تخت در نظر گرفته شد.
* نیروهای محرکه در حوضچه جوش الکترومغناطیس، گرادیان کشش سطحی و شناوری برای محاسبه جابجایی در نظر گرفته می شود. مرز حوضچه با استفاده از تکنیک آنتالپی تخلخل در دستگاه مختصات کارتزین ردیابی می شود.
