اثر هندسه لبه هاي اتصال بر تنش هاي پسماند در جوشكاري لوله هاي غير همجنس

Effect of edge preparation on residual stress of welding in dissimilar joints

در اين مقاله رفتار مكانيكي- حرارتي فرآيند جوش كاري ذوبي براي تعيين ميزان اثر هندسه لبه ي جوش بر اندازه و توزيع تنش پسماند در اتصالات غير همجنس تجزيه و تحليل شده است. از اين رو يك زير برنامه موثر و كارآمد در يك مدل المان محدود تاييد شده جهت در نظرگرفتن اثرات تبديل فاز در تحليل عددي توسعه داده شده است. براي تاييد مدل از داده هاي تجربي اتصالات همجنس و غير همجنس كه با روش كرنش سنجي سوراخ بدست آمدند استفاده شده است. ارتباط خوبي بين نتايج المان محدود و داده هاي تجربي بدست آمد. نتايج نشان داد روش محاسباتي توسعه يافته در اين مطالعه يك روش موثر جهت پيش بيني تنش پسماند در اتصالات غير همجنس است. اثر ضخامت ديواره لوله، شكل شيار جوش و فاصله گشودگي ريشه روي تنش هاي پسماند جوشكاري در لوله هاي جوش داده شده بصورت لب به لب با استفاده از مدل المان محدود حاضر مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد كه با افزايش ضخامت لوله، تنش هاي پسماند محوري كششي در سطح داخلي اتصالات غير همجنس در طرف فولاد زنگ-نزن كاهش مي يابد اما در طرف فولاد كربني تاثير قابل توجهي ندارد. با افزايش ضخامت ديواره لوله به خصوص در طرف فولاد كربني تنش هاي پسماند محوري فشاري در سطح داخلي و تنش هاي پسماند محوري كششي در سطح خارجي افزايش مي يابند. افزايش زاويه شيار جوش و فاصله گشودگي ريشه تنها در طرف فولاد كربني منجر به بالا رفتن تنش هاي پسماند محوري فشاري در سطح داخلي و تنش هاي پسماند محوري كششي در سطح خارجي مي شوند.

In this paper, thermo-mechanical behavior of the welding process was analyzed to determine the effect of edge preparation on the residual stress magnitude and distribution in dissimilar joints. By using a verified finite element model, an efficient user subroutine was developed to consider the effects of phase transformation. In order to verify the model, experimental data for similar and dissimilar joints, obtained by deep hole drilling method, were utilized. Good agreement was observed between the finite element and experimental data. The results indicated that the developed computational method is an effective tool to predict the residual stress of dissimilar weld joints. The present finite element model was developed in a butt-welded pipe to consider the effect of pipe wall-thickness, groove shape and root opening distance. It was observed that the pipe wall-thickness has important influences on the distribution and magnitude of residual stress. Moreover, By increasing the pipe thickness in the dissimilar butt-welded pipes, tensile axial residual stresses on the inner surface of the dissimilar joint decreased on the stainless steel side, but only a small variation was observed on the carbon steel side. The compressive axial residual stresses on the inner surface and the tensile axial residual stresses on the outer surface increased by increasing the pipe wall thickness, especially on the carbon steel side. Increasing the weld groove shape and root opening distance leads to higher compressive axial stresses on the inner surface and higher tensile axial stresses on the outer surface, only on the carbon steel side.