بررسي المان محدود توزيع دما و تنش‌هاي پسماند ناشي از جوشكاري تيگ پوسته كروي آلياژ تيتانيومTi-6Al-4V

Temperature and Residual Stresses Distribution due to TIG Welding of Ti-6Al-4V Titanium Alloy Spherical Shell by Finite Element Analysis

ايجاد تنش‌هاي پسماند و اعوجاج از مهمترين معايب فرايند جوشكاري مي‌باشد كه تعيين مقادير و توزيع آن‌ها اهميت زيادي در طراحي سازه‌ها به خصوص در صنايع فضايي دارد. در اين تحقيق، از روش المان محدود براي تحليل رفتار حرارتي- مكانيكي ناشي از جوشكاري تيگ در يك پوسته كروي استفاده شده است. پوسته كروي مورد مطالعه از جنس آلياژ تيتانيوم(Ti-6Al-4V) و با ضخامت 2 ميليمتر بوده است. مدل‌سازي فرايند جوشكاري، بصورت كوپل غير مستقيم حرارتي- مكانيكي صورت گرفت. جوشكاري تيگ بر اساس تغييرات مشخصه‌هاي شدت جريان و سرعت پيش‌روي جوش و در شش حالت مختلف بررسي شد و مقدار ولتاژ در همه حالت‌ها برابر با 12 ولت در نظر گرفته شد. توزيع دما، تنش‌هاي پسماند و اعوجاج ناشي از جوشكاري تيگ پوسته كروي تيتانيومي براي شش حالت مختلف جوشكاري استخراج و با يكديگر مقايسه گرديد. تاثير مشخصه‌هاي شدت جريان و سرعت جوشكاري بر اعوجاج و تنش‌هاي پسماند جوشي بررسي گرديد. نتايج نشان داد كه افزايش شدت جريان و كاهش سرعت پيش‌روي بيشترين تاثير را روي تنش پسماند محيطي طولي دارد كه ميزان افزايش اين تنش حداكثر به %44 براي كاهش سرعت پيش‌روي گرديد. اعوجاج ناشي از جوشكاري نيز با افزايش شدت جريان و كاهش سرعت پيش‌روي حداكثر مقدار %132 افزايش را نشان داد.

ual stresses and distortion are of the main disadvantages of welding process which determining the amount and distribution of them have great importance in the design of structures, especially in the space industry. In this study, a finite element method is used to analyze the thermo- mechanical behavior of a spherical shell due to TIG welding. The spherical shell is made of titanium alloy (Ti-6Al- 4V) with 2 mm thickness. The modeling of welding process is based on an uncoupled thermomechanical coupling. TIG welding is examined for six cases based on current intensity and welding progress speed setting the voltage on 12 V in all cases. Distribution of temperature and residual stresses caused by TIG welding of the titanium spherical shell have been extracted and compared among the six different cases. The effects of current intensity and welding progress speed on shell distortion and residual stress have been investigated. The results showed that increasing the current intensity and decreasing the welding progress speed have the most effects on longitudinal residual stresses which the amount of this increasing reached to %44 for decreasing the welding progress speed. Welding distortion increases to maximum %132 by increasing current and decreasing welding progress speed.