بررسي تاثير ترتيب جوشكاري و فرآيند هيدروتست بر تنش‌هاي پسماند جوشي در لوله‌هاي فولادي زنگ‌نزنSUS304

Effect of Welding Sequence and Hydrotest Process on Welding Residual Stresses in Stainless Steel SUS304 Pipes

در تحقيق حاضر توزيع دما و تنش‌هاي پسماند در اتصال جوشي لوله‌هاي فولادي زنگ‌نزن SUS304 با تحليل ترمو- الاستيك- پلاستيك و به روش عددي محاسبه شده است. اين اتصال جوشي، يك اتصال لب به لب محيطي است كه جوشكاري در دو پاس به روش قوس تنگستني با گاز محافظ صورت گرفته است. فرآيند جوشكاري به صورت دو بعدي و سه‌ بعدي در نرم‌افزار اجزاي محدود ABAQUS، به كمك يك زير‌برنامه به منظور اعمال شار حرارتي، شبيه‌‌سازي شده است. جهت مدل‌سازي پاس‌هاي جوش و ورود المان‌هاي مذاب به داخل حوضچه‌ي جوش از تكنيك تولّد و مرگ المان‌ها سود برده شده است. پس از مدل‌سازي فرآيند، تاثير ترتيب جوشكاري بر شكل‌گيري تنش‌هاي پسماند در لوله با در نظر گرفتن چهار نوع حركت پيشنهادي مورد بررسي قرار گرفته است. در پايان تاثير فرآيند هيدروتست پس از جوشكاري بر كاهش تنش‌هاي پسماند مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد انتخاب ترتيب مناسب جوشكاري مي‌تواند تنش‌هاي پسماند كششي را به صورت قابل ملاحظه اي كاهش و در مواقعي آن‌ها را به تنش‌هاي فشاري تبديل نمايد. همچنين، بارگذاري هيدروتست پس از فرآيند جوشكاري مي‌تواند تا 65 درصد تنش‌هاي پسماند جوشي را كاهش دهد.

In the present study, temperature fields and residual stress states in the weld joint of the stainless steel pipe are computed numerically using a thermo-elastic-plastic analysis. This weld joint is a circumferential butt-weld one and is done in two passes using gas tungsten arc welding. Welding procedure is simulated in two and three dimensions using a subroutine developed in finite element ABAQUS software for applying heat flux. Furthermore, the element birth and death technique is used to simulate weld passes and filler metal deposition into the weld pool. When the simulation is done, the effect of welding sequence on welding residual stresses are considered using four different welding sequences proposed. Finally, the effect of hydrotest process in decreasing the residual stresses is evaluated. The results of the simulation show that selecting a suitable welding sequence can substantially decrease the amount of tensile residual stresses and can change them to compressive stresses in certain situations. Also the results of this research show that applying a hydrotest pressure after welding process can reduce welding residual stresses up to 65%.