دروني در ريشه جوش براي حالت 2 نسبت به حالت 1، بزرگ‌تر است [41].

3-5-4 مقايسه نتايج
نتايج به دست آمده از 6 تحقيق مشابه كه توسط 6 مؤسسه متفاوت انجام‌شده است در شكلهاي 3-23 و 3-24 نشان داده شده است. در واقع اين نتايج رويدادهاي كلي زير را متذكر ميشوند:
– نتايج، تغييرپذيري بيشتري را نسبت به آنچه انتظار ميرفت نشان داد.
– به طور كلي، توافق بهتري بين نتايج حالت اول نسبت به حالت دوم وجود داشت.
– توافق ضعيفي كه در پيش‌بيني دماي اوج شكل 3-23 وجود دارد، ميتواند تغييرات تنش‌هاي پسماند را توضيح دهد.
– پيش‌بيني تنش پسماند عرضي براي حالت 1، سطح بالايي از تغييرپذيري را مخصوصاً در ناحيه وسط جداره شكل 3-24 نشان مي‌دهد.
– دماهاي پيك كمتري براي حالت 8 پاس نسبت به حالت 3 پاس ثبت شد (براي ضخامت يكسان).
– توزيعهاي تنش پسماند پيش‌بيني شده براي هر دو حالت تغيير ميكند هر چند كه مقادير تنش پيك (حداكثر) در امتداد خط مركزي جوش خيلي با هم تفاوت ندارند.
– تغييرشكلهاي شعاعي دروني در ريشه جوش براي حالت 1 نسبت به حالت 2، كمتر است ]42[.

شكل 3-23 نتايج به دست آمده براي تغييرات حرارتي نسبت به زمان در فاصله 7/12 ميليمتر از خط نزديكي جوش روي سطح داخلي بعد از آخرين پاس (براي حالت 1) [42].

در حقيقت پارامترهاي زير مسئول احتمالي اين مشاهدات مي‌باشند [42]:
1. مدل سخت كنندگي مصالح.
2. طول مدل اجزاي محدود.
3. چگونگي مقيد شدن مدل در طول جوشكاري.
4. حرارت ميان پاس.

شكل 3-24 نتايج به دست آمده توسط 6 سازمان براي تنش‌هاي عرضي در سرتاسر ضخامت روي خط مركزي جوش بعد از آخرين پاس (براي حالت 1) [42].

3-6 نتايج شبيهسازي تنش پسماند ناشي از جوشکاري
معادلات متعددي براي جهات جوشكاري طراحي گرديده است كه در شكل 3-25 نشان داده ميشود. جوش به 3 لايه تقسيم‌شده و پيكانها جهت‌هاي در حال حركت منبع حرارتي جوشكاري را نشان ميدهد. روند توزيع تنش پسماند در تواليهاي جوشكاري ذکرشده در بالا مانند جوشكاري براي يك لايه است. همه تنش كششي پسماند در جوش و نزديك به آن ظاهر ميشود درحالي‌که مقادير بيشينه آن بر روي جوش ظاهر ميشود. تنش معادل فون ميزس قاعدهاي جهت ارزيابي اين موضوع است كه آيا مصالح در حالت کشسان تغييرشكل دادهاند يا در حالت پلاستيك ]43[.

شكل 3-25 جهت‌هاي جوشكاري [43].

هنگامي كه تنش معادل كمتر از حد تسليم مصالح باشد، مصالح در فاز کشسان بوده و اگر تنش معادل حد تسليمش را كسب كند، ميتواند در فاز مومسان در نظر گرفته شود. بنابراين در فرآيند شبيهسازي عددي، مطالعه تنش معادل، حائز اهميت است ]43[.

(3-1)

در اين عبارت، ? بيانگر تنش معادل فون ميزس است و ، و به ترتيب معرف سه تنش اصلي براي يك نقطه صفحه است. از آنجايي كه روند توزيع تنش پسماند در هر 4 طرح شكل 3-25 يكسان است، نتايج طرح (c) را به عنوان مثال در نظر گرفته ميشود كه در شكل 3-26 به نمايش در آمده است.
فاصله در شكل 3-26 بيانگر فاصله يك نقطه تا خط وسط جوش است. با توجه به شكل 3-26 مي‌توان ديد كه مقدار بيشينه تنش معادل وان ميزس بر روي جوش ظاهر شده كه به تدريج با دور شدن از جوش به حدود صفر كاهش پيدا مي‌کند ]43[.

شكل 3-26 توزيع تنش‌هاي معادل در مركز جوش [43].

جدول 3-3 مقادير حداكثر تنش‌هاي پسماند عرضي و طولي و معادل را كه توسط طرح فوق‌الذکر به دست آمده است را نشان مي‌دهد. از جدول 3-3 ديده مي‌شود كه سومين طرح (يعني جوشكاري معكوس بين لايههاي مجاور) به طور بسيار مؤثري ميتواند تنش پس از جوشكاري را كاهش دهد ]43[.

جدول 3-3 حداكثر تنش‌هاي پسماند براي جهت‌هاي مختلف جوشكاري چند لايه [43].
نوع طرح
نوع تنش
d
c
b
a

521
422
528
546
تنش معادل (مگاپاسکال)
422
336
351
453
تنش عرضي (مگاپاسکال)
431
356
363
463
تنش طولي (مگاپاسکال)

زماني كه در حال جوشكاري لايه اول هست قسمتهايي كه در اواخر خط جوش ميباشند، به نسبت قسمت‎هايي كه ابتدا جوش داده شدهاند، بيشتر گرم ميشوند، لذا تغييرشكل مومسان بيشتري دارند. در نتيجه هنگام سرد شدن، تنش‌هاي كششي بزرگ‌تري به نسبت قسمتهاي اوليه و قسمتهاي مركزي جوش در آن‌ها توليد خواهد شد. حال زماني كه جوشكاري لايه دوم را آغاز كنيم اين روند برعكس لايه اول خواهد بود. به اين ترتيب، اثر برآيند دو لايه، توزيع تنش پسماند را نسبتاً يكنواخت مي‌کند و در نتيجه مقدار بيشينه تنش پسماند كم خواهد بود و اين حقيقت علت برتري روش جوشكاري معكوس نسبت به ساير شيوه‌هاست ]43[.

3-7 تأثير جهت جوشكاري بر تنش پسماند در جوشكاري چند پاسه (يك شياره)
ابعاد مدل اجزاي محدود mm 4 × mm 150× mm200 است و عرض جوش 4/20 ميليمتر است كه با سه پاس پر شده است. مشبندي ناحيه جوش كوچك است و تغيير آن به مشهاي درشت به تدريج صورت گرفته است. اندازهي يك جز جوش در جهت جوشكاري 5/2 ميليمتر است. اين سازه به 3520 جز و 4736 گره تقسيم مي‌شود (مطابق شكل 3-27). مصالح جوشكاري، شرايط جوشكاري و منبع حرارتي جوشكاري براي اين مدل مانند حالت جوشكاري چند لايه است. چهار نوع مختلف براي جهت جوشكاري مانند جوشكاري چند لايه پيشنهاد ميشود. پيكانها جهت جوشكاري را براي سه پاس نشان ميدهد و موقعيت انتهاي پيكان نشانگر خط وسط جوش است. از آنجا كه روند توزيع تنش هر چهار حالت گفته‌شده در بالا مانند هم است، نتايج طرح b به عنوان نمونه در نظر گرفته ميشود. شكل 3-28 توزيع تنش معادل بر روي ورق و شكل 3-29 توزيع تنش پسماند طولي بر روي ورق ميباشند. فاصله در هر دو شكل معرف فاصله يك نقطه تا خط وسط جوش است. با توجه به شكل 3-28، ديده ميشود كه مقدار بيشينه تنش معادل بر روي جوش ظاهر ميشود و مقدار تنش در نواحي دور از جوش تقريباً صفر است. در شكل 3-29، ديده ميشود كه تنش كششي پسماند طولي در روي جوش و مجاور آن به وجود ميآيد، درحالي‌که تنش فشاري در ناحيه دور از جوش بروز ميكند. به علاوه، به خاطر تغيير شديد دما در سطح مشترك بين فلز پايه با جوش، بيشينه پسماند كششي در اين منطقه ظاهر مي‌شود ]44[.

شكل 3-27 مشبندي صفحه [44].

شكل 3-28 توزيع تنش‌هاي معادل در مقطع مركزي جوش [44].

شكل 3-29 توزيع تنش‌هاي پسماند طولي در مقطع مركزي جوش [44].
بيشينه تنش طرحهاي مختلف در جدول 3-4 نشان داده شده است. از روي اين جدول ديده ميشود كه مقادير بيشينه به دست آمده از طرح، نسبت به بقيه طرحها كمتر است. يعني در جوشكاري چند پاسه چنانچه از روش جوشكاري معكوس استفاده كنيم، تنش پسماند کمينه ميشود ]44[.

جدول 3-4 حداكثر تنش‌هاي پسماند براي جهت‌هاي مختلف جوشكاري چند پاسه [44].
نوع طرح
نوع تنش
d
c
b
a

601
561
595
602
تنش معادل (مگاپاسکال)
522
489
525
500
تنش عرضي (مگاپاسکال)
551
500
552
559
تنش طولي (مگاپاسکال)

3-8 تنشهاي پسماند ناشي از جوشكاري براي ورق ضخيم با شيار V شكل دو طرفه
– تشكيل مدل جوشكاري چند لايه:
شكل 3-30 مدلي از ورق داراي شيار V شكل دوطرفه است. شكل 3-31 نقشه مشبندي اين مدل را نشان ميدهد. فلز پايه و پركننده مدل جوشكاري هر دو فولاد زنگنزن مارتنزيت ميباشند. جريان الكتريكي جوشكاري 200 آمپر، اختلاف پتانسيل الکتريکي جوشكاري 25 ولت و سرعت جوشكاري 5 ميليمتر در ثانيه است. در ضمن دماي پيش حرارتي مدل نيز 100 درجه سانتيگراد است، درحالي‌که دماي بين لايهها حين فرآيند جوشكاري كمتر از 150 درجه سانتيگراد است ]45[.
در شبيهسازي عددي، جوش به 9 لايه تقسيم‌شده است (شكل 3-32). در اين شكل اعداد 1 تا 9 به ترتيب بيانگر شماره سريال هر لايه جوش است. به منظور مطالعه تأثير توالي جوشكاري بر تنش پسماند، چندين حالت توالي جوشكاري مطابق جوش فوق‌الذکر طراحي گرديد. به علاوه، ترتيب قرارگيري شماره سريال (از راست به چپ) هر لايه تقدم آن‌ها را در فرآيند جوشكاري نشان ميدهد ]45[:
: a 2 3 1 4 8 5 9 6 7 e: 1 2 3 8 4 5 9 6 7
b: 2 3 4 1 5 8 6 9 7 : f 2 3 1 8 9 4 5 6 7
c: 2 3 1 4 5 8 6 7 9 g : 1 2 3 4 5 8 6 9 7
d: 1 2 8 3 9 4 5 6 7 h : 2 3 4 5 1 6 8 7 9

شكل 3-30 ابعاد نمونه شبيه‌سازي بر حسب ميلي‌متر [45].

شكل 3-31 مشبندي براي جوش v شكل دو طرفه [45].

شكل 3-32 تقسيم‌بندي لايهها [45].
– توزيع ميدان تنش پسماند ناشي از جوشکاري
در هريك از تواليهاي جوش ذکرشده در بالا، توزيع تنش پسماند، اساساً ثابت است. بنابراين، تنها تنش پسماند طرح f در اينجا بحث ميشود. به علاوه در شبيهسازي عددي، روش جوشكاري معكوس بين لايه‌هاي مجاور در جوشكاري چند لايه و يا بين پاسهاي مجاور در هر لايه پذيرفته شده است. شكل 3-33 توزيع تنش معادل را نشان ميدهد. شكل 3-34 توزيع تنش پسماند عرضي و شكل 3-35 توزيع تنش پسماند طولي را نشان مي‌دهد. مشاهدات زير را ميتوان از روي شكلها صورت داد ]46[.

شكل 3-33 توزيع تنش‌هاي معادل [46].

شكل 3-34 توزيع تنش‌هاي پسماند عرضي [46].

شكل 3-35 توزيع تنش‌هاي پسماند طولي [46].

حداكثر تنش معادل، بر روي جوش پديد ميآيد. تنش‌هاي كششي عرضي و طولي ورق ضخيم اساساً بر روي جوش يا نزديك آن پخش شدهاند كه مقدار بيشينه بر روي جوش ظاهر ميگردد. تنش‌هاي پسماند فشاري عرضي و طولي دورتر از جوش پديد ميآيد. در ضمن چون هيچ قيدي وجود ندارد، تنش پسماند طولي در هر دو انتهاي پاس به صفر نزديك است. شكل 3-36 توزيع تنش معادل را در امتداد ضخامت ورق ضخيم و بر روي مقطع مياني جوش نمايش مي‌دهد ]46[.

شكل 3-36 توزيع تنش‌هاي معادل در سرتاسر ضخامت روي مقطع مركزي جوش [46].
شكل 3-37 توزيع تنش پسماند عرضي در امتداد ضخامت بوده و شكل 3-38 نيز توزيع تنش پسماند طولي را در امتداد ضخامت ورق و در مقطع مياني جوش نمايش ميدهد. در اشكال فوق، واژه “فاصله” بيانگر فاصله يك نقطه از كف ورق ضخيم است. از اين اشكال ديده مي‌شود كه مقادير بيشينه تنش معادل، تنش پسماند عرضي و طولي بر روي سطح ورق پديد ميآيند درحالي‌که مقدار تنش در بخش مياني نسبتاً كمتر است [46].
– ارزيابي آزمايشگاهي:
جهت ارزيابي نتايج شبيهسازي، آزمايشهايي به اين منظور بر روي ورق با شيار V دو طرفه انجام گرفته است. به علاوه جهت سهولت آناليز، طرح f به عنوان روش جوشكاري پذيرفته ميشود. مصالح، ابعاد ورق و شرايط جوشكاري در آزمايش مانند حالات شبيهسازي در نظر گرفته شده است. دستگاه آزمايش‎كننده قابل‌حمل AST جهت آزمايش تنش پسماند نمونه، مورد قبول قرار گرفت. روش اشعه ايکس با پرتو افكندن اشعههاي ايکس به نمونهها كار ميكند و سپس پراش اندازه گرفته ميشود. تنش داخلي توسط اعوجاج شبكه بلوري اندازهگيري ميشود. هرچند اجراي اين روش ساده نيست اما باعث دست‌نخورده ماندن نمونه ميشود. به علاوه اندازهگيري تنش پسماند سطحي قاب قبول است ]46[.

شكل 3-37 توزيع تنش‌هاي عرضي در سرتاسر ضخامت روي مقطع مركزي جوش [46].

شكل 3-38 توزيع تنش‌هاي طولي در سرتاسر ضخامت روي مقطع مركزي جوش [46].

شكل 3-39 مقايسهاي بين نتايج آزمايش و نتايج شبيهسازي تنش پسماند عرضي بر روي سطح مقطع مياني صفحه است. شكل 3-40 نيز قياسي بين نتايج آزمايشها و نتايج شبيهسازي تنش پسماند طولي بر روي سطح مقطع مياني صفحه است. در اين دو شكل، “فاصله” نمايانگر فاصلهي يك نقطه تا خط مياني جوش است. از روي آناليز دو شكل ديده ميشود كه تنش پسماند عرضي و طولي نتايج شبيهسازي عددي با نتايج آزمايشهاي تجربي از نظر تغيير

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید