بررسي عددي اثر پوشش دهي جوشي بر تنش هاي پسماند ناشي از جوشكاري محيطي لوله هاي فولادي

Numerical Study of Overlay Welding Effects on Residual Stresses in Girth Welded Steel Pipes

يكي از رو ش ­هاي كاهش تنش­ هاي پسماند در جوشكاري لوله، پوشش دهي سطح خارجي لوله به وسيله جوشكاري است. در اين تحقيق ابتدا يك مدل اجزا محدود جهت شبيه سازي فرايند جوشكاري محيطي دو لوله فولادي با در نظر گرفتن تغييرات فازي در نرم افزار سيسولد، توسعه يافته است و با استفاده از نتايج به دست آمده از روش كرنش سنجي سوراخ صحه گذاري شده است. سپس با استفاده از تحليل اجزا محدود به بررسي اثر استفاده از پوشش­ هاي ايجاد شده با سه نوع الكترود جوشكاري مختلف بر تنش ­هاي پسماند ايجاد شده بر روي سطح داخلي لوله ها پرداخته شده است. نتايج حاصل از شبيه سازي نشان داد كه پوشش ايجاد شده با الكترود ER70s باعث افزايش تنش­ هاي محوري و محيطي بر روي سطح داخلي لوله مي ­شود، الكترودهاي ER304 و IN600 باعث كاهش تنش­ هاي پسماند محيطي بر روي سطح داخلي مي ­شود و با افزايش انرژي جوش به عنوان يك عامل تأثيرگذار اين تنش ­ها در ناحيه پوشش داده شده به حالت فشاري تبديل مي ­شوند. همچنين تنش­هاي محوري حاصل از اين دو الكترود بر روي سطح داخلي لوله در انرژي جوش پايين از مقادير تنش نمونه بدون پوشش بيشتر مي باشد، با افزايش انرژي جوش مقدار اين تنش ­ها هم كاهش مي يابد.

The overlay of the outer surface of a pipe by welding is one of the ways to decrease the residual stress. In this research, a finite element model by considering phase transformation effect is developed in the SYSWELD software for the simulation of circumferential welding process of two API X65 steel pipes. This model is validated using a hole drilling method. Then, the effect of overlay welding created by three types of welding filler on the residual stress is investigated. The results show that the overlay welding created by ER70s filer increases axial and hoop stresses. But ER304 and IN600 fillers cause reduction of hoop residual stresses. The stresses at the covered area are compressed because of the increase in heat input as an effective factor. Also, axial stresses due to these filers at low weld energy are greater than sample stress without a cover. However, the value of this stresses decreases when the weld energy increases. Thus, the proportional stress level can be obtained in the pipe using the overlay with filers of ER304 and IN600 associated with a high heat input and by selecting suitable overlay dimensions.