بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله هندسه حوضچه جوش و تاثیر متغیر های جوشکاری در طول فرآیند اکتیو تیگ آلومینیوم خالص تجاری به وسیله حل معادلات پایستگی جرم، ممنتوم و انرژی پیش بینی شده است. جوشکاری با عناصر فعال سطحی با تغییر در حرکت سیال و انقباض قوس منجر به افزایش نفوذ در مقایسه با جوشکاری تیگ در شرایط یکسان می شود.
به منظور درک بهتر از این پدیده و پیش بینی شرایط موجود و از طرفی دشواری اندازه گیری تجربی متغیرهایی چون دما، نرخ انجماد و سرعت وجهت حرکت سیال به علت کوچک بودن حوضچه و حضور پلاسما در مجاورت آن می توان از شبیه سازی استفاده نمود. از این رو یک مدلسازی سه بعدی صورت گرفت و با استفاده از نرم افزار فلوئنت که بر پایه دینامیک سیالات محاسباتی می باشد شبیه سازی صورت گرفت. نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی صورت گرفته در جوشکاری اکتیو تیگ آلومینیوم خالص تجاری تطابق خوبی داشتند.
مقدمه
جوشکاری با الکترود تنگستنی یکی از اصلی ترین فرآیندهای اتصال در صنعت می باشد که در صنایع مختلفی از جمله نیروگاههای ه سته ای، مخازن تحت ف شار، مو شک ها، هواپیما و خطوط لوله مورد ا ستفاده قرار می گیرد. ظاهر خوب جوش و کیفیت بالای آن از مزایای اصلی جوشکاری با الکترود تنگستنی می باشد.[1] از آن جایی که هندسه جوش و مشخصات حرارتی آن نقشی حیاتی را در بررسی و تعیین استحکام نهایی و خواص مکانیکی جوش ایفا می کنند، مورد توجه بسیاری از محققین در چند دهه اخیر قرار گرفته اند. ویژگی ا صلی هند سه جوش، عمق نفوذ آن ا ست که ن شان دهنده ی ا ستحکام جوش می با شد.
اندازه گیری این کمیت بسیار دشوار است زیرا عمق نفوذ به طور مستقیم قابل مشاهده نیست. از طرفی توزیع دما و سیلان سیال در فلز مذاب بر نرخ سرد شدن حوضچه پس از جوشکاری اثر گذاشته ودر نتیجه هندسه جوش ، ریز ساختار و خواص مکانیکی جوش را تحت تاثیر قرار می دهد.از طرفی به علت کوچک بودن حوضچه جوش ، پلاسما ی موجود در مجاورت حوضچه و تغییرات سریع درجه حرارت ، اندازه گیری فیزیکی متغیر های موثر مانند دما ، سرعت ، نرخ انجماد و شیب حرارتی در حوضچه بسیار دشوار است.[2]
به همین دلایل و به منظور درک بهتر از این پدیده ب سیاری از محققین در چند دهه اخیر تلا شهای ب سیاری در زمینه شبیه سازی فرآیند های جو شکاری انجام داده اند. جو شکاری TIG با اینکه مزایای ب سیاری دارد، دارای معایبی از جمله نفوذ کم به ویژه در عملیات تک پاسه جوشکاری و بهره وری پایین می باشد. به همین دلیل روشی برای حل این عیب تحت عنوان اکتیو تیگ 1 - A-TIG - ایجاد شد. در این روش توسط فلاکس های فعال کننده ی سطحی که عمدتا اک سیدی، کلریدی و فلوریدی می با شند، شرایطی در ستون قوس و منطقه جوش حا صل می شود که می توان قطعات ضخیم تری را با سرعت بالاتر جو شکاری نمود.
فلاکس های فعال کننده سطحی، عمدتاً مخلوطی از مواد غیرآلی سوسپانسیون شده در یک حلال فرار می باشند .[4 ,3] در سالهای اخیر توجه زیادی به جوشکاری اکتیو تیگ A-TIG، شده است که برای اولین بار توسط موسسه جوش پاتون در سال 1960 میلادی ابداع گردید .[5] در جوشکاری A-TIG، یک لایه نازک از فلاکس فعال، که از پودرهای معدنی ت شکیل شده ا ست که بر روی ورق آلومینیوم قبل از جو شکاری اعمال می شود.این فلاکس ها به علت دا شتن عنا صری با الکترونگاتیویته بالا سبب جذب بی شتر الکترون در اطراف قوس می شوند که منجر به انقباض قوس می شود.[6] در این مقاله به بررسی و چگونگی این فرآیند از طریق محاسبات عددی و شبیه سازی می پردازیم.
مواد و روش تحقیق
مدل سازی ریاضی : شبیه سازی جریان سیال، انتقال حرارت و سایر پدیده های فیزیکی مرتبط، نیازمند توصیف آن پدیده ی فیزیکی به کمک جملات ریاضی است. این اصول توسط معادلات دیفرانسیل جزئی بیان می شوند. به عنوان مثال، معادلات ممنتوم بیان کننده ی بقاء ممنتوم خطی و معادله انرژی بیان کننده ی بقاء کل انرژی انرژی است. به منظور ساده سازی مدل های ریاضی، پیش فرض های زیر درنظر گرفته شده اند:
* جریان نیوتنی و تراکم ناپذیر است که با توجه به اندازه کوچک حوضچه ی جوش مورد انتظار است.
* شارهای جریان و حرارتی که بطور فضایی در سطح آزاد توزیع می شوند مشخصه ای گوسی دارند.
* همه خواص فیزیکی فلز جامد و مذاب بجز تنش سطحی و هدایت حرارتی مستقل از درجه حرارت اند.
* از تغییر چگالی بجز برای محاسبه نیروی شناوری در قلمرو محاسباتی صرف نظر می شود.
* سطح بالای حوضچه تخت درنظر گرفته می شود. 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 مخت صات کارتزین ردیابی می شود.
