محاسبه تنش پسماند در فرايند جوشكاري لوله ها با روش كوپل مستقيم

لوله هايي كه با جوشكاري محيطي به يكديگر متصل مي شوند در خطوط انتقال نفت و گاز و همچنين در خطوط انتقال بخار در نيروگاه ها مورد استفاده قرار مي گيرند. پيش بيني تنش هاي پسماند در اثر جوشكاري در اين لوله ها از نقطه نظر مسائل مربوط به رشد ترك و مكانيك شكست و همچنين مقاومت خستگي ناشي از خورگي از اهميت ويژه اي برخوردار است. با توجه به وقت گير بودن و گران بودن روشهاي تجربي براي پيش بيني تنش هاي پسماند ناشي از جوشكاري روشهاي شبيه سازي عددي در دهه هاي اخير براي انجا اينكار مورد توجه قرار گرفته اند. در اين مقاله تنشهاي پسماند حاصل از فرايند جوشكاري بر روي لوله هاي فولادي با استفاده از روش كوپل مستقيم محاسبه گرديده است . روش كوپل مستقيم غالبا يك آناليز بوده كه در آن تمامي ميدانها بطور مستقيم و كوپل شده به هم همزمان حل مي شوند. لذا المانهاي بكار گرفته شده در اين روش بايستي تمامي درجات آزادي مورد نياز هر ميدان را دارا باشند. آناليز كوپل مستقيم در موارديكه تداخل ميدانهاي كوپله بسيار غير خطي باشند مناسب است. اما بدليل پيچيده شدن معادلات تحليل مسائل با اين روش بسيار وقت گير تز ار روش آناليز متوالي است. براي مدل سازي فرايند از روش اجزا محدود و نرم افزار ANSYS استفاده شده است. رفتار ماده بصورت الاستو – پلاستيك در نظر گرفته شده و خواص مكانيكي و ترموديناميكي بصورت تابعي از دما در مدل اعمال گرديده است. انرژي حرارتي ناشي از قوس الكتريكي با توجه به شرايط جوشكاري در دو پاس متوالي محاسبه شده و بصورت شار خرارتي به مدل اعمال گرديده است. نتايج حاصل از مدل انتقال حرارت در لوله نشان ميدهد كه توزيع درجه حرارت در لوله در طي فرايند جوشكاري تقريبا متقارن محوري است. بنابراين براي حل ميدان كوپله درجه حرارت و تنش از مدل متقارن محوري استفاده شده است. تنش پسماند محاسبه شده در جهت هاي مختلف با مقادير تجربي گزارش شده تطابق خوبي را نشان مي دهد. براي شبيه سازي انجماد در حوضچه جوش از ابزار تولد و مرگ المانها استفاده شده است.