بررسي اثر پارامترهاي موثر بر تنش‌هاي پسماند ناشي از جوش محيطي استوانه‌هاي جدارنازك از جنس آلياژ آلومينيوم سري 5000

Investigating the influence of effective parameters on the residual stresses in circumferentially arc welded thin walled cylinders of aluminum alloy series 5000

در اين پژوهش، تنش هاي پسماند ناشي از جوشكاري محيطي دو استوانه جدارنازك از جنس آلياژ آلومينيوم سري 5000 با استفاده از مدلسازي المان محدود بررسي شده است. مدلسازي به صورت سه بعدي و در نرم افزار آباكوس از طريق تحليل غيركوپل حرارتي-مكانيكي انجام گرفته است. خواص موادي حرارتي و مكانيكي به صورت وابسته به دما تعريف شده است. تنش هاي پسماند توسط روش كرنش سنجي سوراخ اندازه‌گيري گرديده است. نتايج حاصل از اين اندازه گيري ها جهت اعتبارسنجي مدل المان محدود به كار رفته است. با استفاده از روش طراحي آزمايش تاگوچي، اثر عوامل مختلف هندسي، متغيرهاي فرايند و خواص مكانيكي فلز پايه بر روي بيشينه تنش هاي پسماند محيطي و محوري بررسي شده است. باتوجه به تعداد عوامل مورد بررسي، آرايه L12 تاگوچي به كار رفته است. اثر هر يك از عوامل در دو سطح و با انجام 12 آزمايش مطالعه گرديده است. نتايج تحليل آماري نشان داده است كه در محدوده مورد بررسي، افزايش قطر خارجي، ضخامت، نرخ انرژي ورودي و استحكام تسليم باعث افزايش بيشينه تنش هاي پسماند محوري و محيطي مي گردد. با اين وجود، افزايش تعداد برش هاي جوشكاري و تداخل اثر بين قطر خارجي و نرخ انرژي ورودي اثري كاهنده بر روي بيشنه تنش پسماند محيطي دارند. همچنين، استحكام تسليم ماده تاثيرگذارترين عامل بر روي بيشينه تنش پسماند محوري و محيطي مي باشد.

In this paper, the residual stresses due to circumferential arc weld of the thin walled cylinders have been investigated by using finite element method. The cylinders were of aluminum alloy series 5000. The 3D finite element models were developed in ABAQUS. The thermal-mechanical analysis was considered as uncoupled. The thermal and mechanical material properties have been defined as temperature dependent. The residual stresses were measured by using Hole drilling method. The experimentally measured data have been used to verify the result of finite element model. By using Taguchi method, the effect of geometrical, technological and material different factors have been investigated on the maximum residual stresses in the axial and hoop directions. Considering a number of factors, L12 Taguchi array has been selected. Each factor has been studied in two levels. The results of statistical analyses have shown that increasing the outer diameter, thickness, heat input rate and yield strength in the studied levels caused the axial and hoop maximum residual stresses to increase. However, increase of the section number and interaction between the outer diameter and heat input rate have led to a decrease in the maximum hoop residual stresses. Also, the yield strength of material was the most effective factor on maximum axial and hoop residual stresses.