مطالعه اثر هندسه طرح اتصال برتوزيع تنش پسماند و دما در قطعات جوشكاري شده از جنس فولاد زنگ نزن

Study on the effect of weld configuration geometry to distribution of residual stress and temperature in the welded parts of stainless steel

در جوشكاري چند پاسه شياري، توزيع و مقدار تنش هاي پسماند و اعوجاج حاصل از آن به عوامل متعددي همچون: پارامتر هاي وابسته به فرآيند جوشكاري، خواص مكانيكي مواد و قيد و بند بستگي دارد. در اين پژوهش ابتدا توزيع دماي حاصل از فرآيند جوشكاري سه نمونه با طرح هاي هندسي متفاوت توسط ترموكوپل هايي ثبت شده است. هر يك از نمونه ها شامل دو ورق با ضخامت يكسان از جنس فولاد زنگ‌نزن A316 مي‌باشند كه به روش جوشكاري قوس الكتريكي با گاز محافظ و الكترود تنگستني با طرح هاي اتصال گوشه شياري نيم جناقي و جناقي باشكاف و پيشاني ريشه و نيم جناقي بدون شكاف و پيشاني ريشه براساس يك دستور‌العمل رويه جوشكاري، جوش شدند. براي يك نمونه تنش پسماند ايجاد شده ابتدا به روش غير مخرب امواج ماوراي‌صوت عرضي و پس از برش قسمت عمودي (ورق بدون شيار) جهت استقرار دريل دستگاه كرنش‌سنج توسط روش نيمه‌ مخرب كرنش‌سنجي سوراخ اندازه گيري شد. براي دو طرح هندسي ديگر جهت جلوگيري از تخريب قطعات فقط از روش ماوراي‌ صوت استفاده شده است. سپس هر سه طرح در نرم افزار اجزاي‌ محدود سيموفكت ولدينگ مدل‌سازي شده و نتايج حاصل از آن با اندازه گيري تجربي دما و تنش پسماند مقايسه شده است. مقايسه نشان مي دهد مقادير عددي و اندازه گيري تجربي تطابق خوبي با يكديگر دارند و نتايج مدل هاي المان‌ محدود داراي اعتبار مي باشد. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه تغيير هندسه طرح اتصال موجب تغييرات قابل توجه در توزيع و مقدار بيشينه تنش پسماند عرضي مي گردد، ولي اثر چنداني در بيشينه تنش پسماند طولي ندارد.

In multi-pass groove welding, residual stress distribution, value and associated distortion are dependent on several factors, including the welding process-dependent parameters, mechanical properties of materials and fixtures. In present study, temperature distribution of three welding processes with different geometric designs are registered by the K type thermocouple. Each of the samples contains the same stainless steel plate A316 thickness that was welded based on welding procedure specification with gas tungsten arc welding method, with groove corner joints single bevel without gap and bevel face, single and double bevel with gap and bevel face. Created residual stress on a sample was initially measured by nondestructive ultrasonic transverse waves method. After cutting the vertical part (plate without groove), for hole drilling device installation purposes, the aforementioned stress was measured by the semi-destructive hole drilling method. While for two other geometrical designs only ultrasonic method has been used to prevent parts from being destroyed. All three aformentioned designs were modeled in Simufact.welding finite element code (FE) and results were compared with experimental temperature and residual stress measurements. The comparison shows that experimental measurements and numerical values match with each other well, highlighting a reasonable validation of finite element models resutls. Current research results show that changing the geometry of the weld configuration has a significant effect on changes in the distribution and maximum value of transvers residual stress, but negligible influence on maximum longitudinal residual stress.