0 صفحه با سختکننده
99
شکل 6-5 تاريخچه دمايي در مقطعmm Y=200 صفحه با سختکننده
99
شکل 6-6 تاريخچه دمايي در مقطع Y=400 mm صفحه با سختکننده
99
شکل 6-7 تاريخچه دمايي 5 نقطه روي محور جوش در مقاطع مختلف صفحه
100
شکل 6-8 گراديان حرارتي در مقطعY=200 mm بر حسب فاصله از محور جوش
101
شکل 6-9 سه مقطع مورد تحليل در صفحه
102
شکل 6-10 تنش پسماند در مقطع Y=200 mm صفحه در جهت Y
102

شکل 6-11 توزيع تنش طولي در دو مقطع مياني از صفحه با سختکننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7
104
شکل 6-12 توزيع تنش طولي در دو مقطع مياني از صفحه با سختکننده با نسبت عرض به ضخامت 10
104
شکل 6-13 توزيع تنش طولي در دو مقطع مياني از صفحه با سختکننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12
104
شکل 6-14 مقايسه تنشهاي پسماند صفحه با سختکننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12
در دو راستاي X و Y در Y=200 mm
105
شکل 6-15 مشخصات قطعه کار
106
شکل 6-16 مدل اجزاي محدود صفحه داراي سختکننده با فواصل مختلف از محور جوش
107
شکل 6-17 نحوه توزيع دماي ناشي از جوشکاري در صفحه داراي سختکننده با فواصل مختلف از محور جوش
108
شکل 6-18 توزيع تنش طولي در دو مقطع مياني از صفحه با سختکننده با فواصل مختلف
109
شکل 6-19 مدل اجزاي محدود صفحات داراي ترکيب بازشو و سختکننده
110
شکل 6-20 نحوه توزيع دماي ناشي از جوشکاري در صفحه داراي سختکننده و بازشوي مربعي
110
شکل 6-21 توزيع تنش طولي در دو مقطع مياني از صفحه با سختکننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7 و بازشو دايروي و مربعي با نسبت سطح بازشو به سطح کل 1/0
111

فهرست جدولها

جدول
صفحه
جدول 3-1 حرارت ورودي براي حالت 1
50
جدول 3-2 حرارت ورودي براي حالت 2
51
جدول 3-3 حداكثر تنش‌هاي پسماند براي جهت‌هاي مختلف جوشكاري چند لايه
58
جدول 3-4 حداكثر تنش‌هاي پسماند براي جهت‌هاي مختلف جوشكاري چند پاسه
61
جدول 3-5 حداكثر تنش‌هاي پسماند براي توالي‌هاي مختلف
67
جدول 4-1 مشخصات مواد مورد نياز در تحليل حرارتي
71
جدول 4-2 مشخصات مواد مورد نياز در تحليل مکانيکي
72
جدول 4-3 مشخصات منبع جوشکاري
72
جدول 4-4 نتايج بيشينه و کمينه تنشپسماند در شبکهبنديهاي شکل (4-8) و مرجع [24]
82

فصل اول

مقدمه

1-1 پيشگفتار
براي اتصال دو قطعه، روشهاي مختلفي وجود دارد. مهم‌ترين اين روشها استفاده از جوش، پيچ و پرچ است. در اين ميان استفاده از جوش در ساختمانسازي بسيار رايج است. قدمت استفاده از جوش در ساخت اسکلتهاي فولادي شايد به 100 سال برسد. طي اين سالها، پيشرفتهاي قابل‌توجهي در شناخت جوش و توسعه فنآوري مربوط به آن صورت گرفته است.
مهم‌ترين دلايل استفاده از جوش را مي‌توان به طور خلاصه به صورت زير بيان نمود:
1- براي اتصال دو قطعه به هم محدوديتي در ضخامت وجود ندارد.
2- سرعت بالاي توليد.
3- استحکام بالا (ساختار يکپارچه).
4- اقتصادي بودن اتصال.
5- انعطافپذيري در طراحي جوش (تنوع فرآيندهاي جوشکاري و قابليت انجام شدن دستي يا خودکار).
اما با در نظر گرفتن اين مزايا فرآيند جوشکاري داراي معايب زير است:
1- اتصال دايمي بوده و امکان جداسازي قطعات وجود ندارد.
2- نياز به بازرسي.
3- نياز به مهارت در روشهاي دستي و تجهيزات گرانقيمت در روشهاي خودکار.
اما مهم‌ترين عيب در يک قطعه جوشکاري شده، توليد تنش و تغيير شکل پسماند1 در قطعه است. در عمليات جوشكاري، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هايي در آن باقي مي‌ماند كه به آن‌ها تنش‌هاي پسماند مي‌گويند. اين تنش‌ها و همچنين تغيير شکل‌هاي ناخواسته ناشي از جوشكاري، مهم‌ترين عواملي هستند كه باعث ضعيف شدن اتصالات جوش و ناكارايي آن‌ها در تحمل طولاني مدت بارها، شده‌اند. از اين رو، مهندسين علاقمند به دانش كاملي از توزيع تنش‌هاي پسماند در سرتاسر جوش، روش‌هاي تغيير دادن آن و نيز انتخاب روند جوشكاري مناسب كه بتواند تنش‌هاي پسماند را به حداقل ممكن كاهش دهد، هستند ]1[.
روش‌هاي تجربي اندازه‌گيري تنش‌هاي پسماند جوشكاري علاوه بر گران‌قيمت بودن در بعضي از موارد مستلزم عمليات سوراخ‌کاري و يا مقطع زني در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌هاي ايجادشده و يا در بلوک‌هاي جداشده به دست مي‌دهند. پيشرفت روش‌هاي تجربي نامخرب اگرچه توانست تا حدودي اين کاستي‌ها را جبران كند، ولي نمي‌تواند جوابگوي تمامي مشكلات باشد. به همين دليل نياز بيشتري به روش‌هاي تحليلي احساس مي‌شود.
با وجود اين معضلات، جوشکاري هنوز به عنوان بهترين روش اتصال قطعات مورد استفاده قرار مي‎گيرد. از همين رو، در زمينه رفتار جوش در موارد گوناگون مطالعه شده و استانداردهاي مناسبي ارائه گرديده است و از اين استانداردها به طور جدي در طراحي و اجراي اتصالات جوش استفاده ميشود و مي‌توان از مشکلات به وجود آمده در قطعات جوشکاري شده پيشگيري نمود.
1-2 مباني جوشکاري
1-2-1 تعريف جوش
بر اساس استاندارد ANSI/AWS A3.0-89 که مشتمل بر تعريفها و عبارتهاي استاندارد جوشکاري است، جوشکاري عبارت است از يک فرآيند اتصالدهي که يک ماده يکپارچه را به وسيله حرارتدهي تا دماي جوش، با اعمال فشار و يا بدون آن و با استفاده از ماده پرکننده و يا بدون استفاده از آن، توليد ميکند.
يک قطعه جوشکاري شده شامل 3 ناحيه فلز پايه، فلز جوش و ناحيه متأثر از حرارت بوده که در شکل 1-1 نشان داده شده است.

شکل 1-1 نواحي تشکيل‌دهنده جوش ]1[.

1-2-2 انواع اتصالات جوشي
در شکل 1-2 انواع اتصالات جوشي نشان داده شده است. اين اتصالات عبارتند از:
الف- اتصال لب به لب.
ب- اتصال پوششي (روي‌هم).
پ- اتصال گوشه.
ت- اتصال سپري.
ث- اتصال پيشاني.

شکل 1-2 انواع اتصالات جوشکاري ]1[.

1-2-3 انواع جوش
انواع اتصالات را مي‌توان به روش‌هاي متفاوتي جوشکاري نمود. در شکل 1-3 انواع جوش نشان داده شده است که عبارت‌اند از:
الف- جوش شياري 2.
ب- جوش گوشه3.
پ- جوش کام.
ث- جوش انگشتانه.
دو نوع جوش شياري از نوع لببهلب4 و جوش گوشه پر کاربردترين جوشها ميباشند. کاربرد جوش کام و انگشتانه به موارد خاص محدود ميشود.

شکل 1-3 انواع جوش مورد استفاده در اتصالات ]1[.

1-2-4 جوش شياري
براي اتصال دو لبه به صورت لببهلب از جوش شياري استفاده ميشود. در صفحات نازک (ضخامت کمتر از 3 ميلي‌متر) احتياجي به آمادهسازي لبهها نيست؛ اما در صفحات ضخيم براي نفوذ کامل جوش احتياج به آمادهسازي لبههاي قطعه کار است. جوش شياري ميتواند به دو صورت يک طرفه و دو طرفه انجام شود. در شکل 1-4 انواع آمادهسازي لبه نشان داده شده است.

شکل 1-4 انواع آمادهسازي لبه ]1[.
1-3 جوشکاري قوس الکتريکي با الکترود روکش‌دار
در اين روش گرماي مورد نياز براي جوشکاري از قوس الکتريکي به وجود آمده بين الکترود و قطعه کار حاصل ميشود. نوک الکترود، حوضچهي جوش مذاب، قوس و موضع جوش بر روي قطعه کار توسط گاز محافظ حاصل از تجزيه و احتراق پوشش الکترود محافظت ميشود؛ اما محافظت حاصل از اين گاز، نسبت به روش‌هاي GTAW و GMAW به خاطر عدم جريان مناسب گاز محافظ، کامل نبوده و محافظت اضافي از حوضچهي مذاب توسط سربارهي مذاب انجام ميشود.

شکل 1-5 جوش قوس الکتريکي با الکترود روکشدار ]2[.

تجهيزات مورد استفاده در اين روش منبع تغذيه، انبر جوشکاري، کابلهاي اتصال و الکترود است. الکترودهاي مورد استفاده در اين روش داراي ترکيبهاي شيميايي بسيار متفاوت از مغزهي فولادي و همچنين انواع بسيار متنوعي از نظر وزن و جنس روکش ميباشند. ضخامت قطعه، وضعيت جوشکاري و نوع اتصال، تعيين‌کننده قطر الکترود ميباشند. فرم کلي نامگذاري الکترودها به صورت EXX(X)XX است. حرف E نشان‌دهنده‌ي الکترود است، دو (يا سه) رقم اول نشان‌دهنده‌ي حداقل استحکام کششي فلز جوش بر حسب ksi (کيلوپوند بر اينچمربع)، رقم بعدي نشان‌دهنده‌ي وضعيت جوشکاري است، رقم 1 مناسب براي جوشکاري در تمام وضعيتها، 2 براي جوشکاري در وضعيتهاي تخت و افقي و 4 براي کليه حالتها به جز عمودي سر بالا است. رقم آخر به جنس پوشش و قابليت به‌کارگيري آن بستگي دارد، همچنين نوع جريان قابل‌استفاده را مشخص ميکند. تجهيزات مورد استفاده در اين روش در شکل 1-5 نشان داده شده است ]2[.

1-4 ساماندهي پاياننامه
در اين پاياننامه به فرآيند جوشکاري، تنش‌هاي پسماند ناشي از جوشکاري و بررسي اثر تنشهاي پسماند در صفحات داراي بازشو و سختکننده پرداخته ميشود. فصل اول به معرفي جوش، اتصالات جوشي و روش‎هاي جوشکاري اختصاص دارد. در فصل دوم، نحوه استخراج معادلات حاکم بر رفتار حرارتي و مکانيکي جوش و علل شکلگيري تنش‌ها و تغييرشکلهاي پسماند در فرآيند جوشکاري تشريح ميگردد. در فصل سوم، پيشينه تحقيق در مورد جوشکاري، تنشها و تغييرشکلهاي پسماند ناشي از آن مورد بررسي قرار ميگيرد. در فصل چهارم، چگونگي مدلسازي فرآيند جوشکاري، راستيآزمايي و نحوه استخراج تنش‌هاي پسماند با استفاده از نرمافزار ANSYS شرح داده ميشود. در فصل پنجم، ابتدا به تنشهاي پسماند ناشي از جوشکاري در صفحات داراي بازشو پرداخته ميشود و در ادامه، اثر تنشهاي پسماند بر رفتار اين صفحات مورد تحليل و بررسي قرار ميگيرد. در فصل ششم به تنشهاي پسماند ناشي از جوشکاري در صفحات داراي سختکننده پرداخته ميشود. در فصل هفتم، نتيجهگيري و پيشنهاد براي پژوهشهاي آينده آورده ميشود.

فصل دوم

تحليل حرارتي و مكانيكي جوش
م
2-1 پيشگفتار
براي مدل‌سازي يك جوش دو روش وجود دارد. اولين روش، كوپل مستقيم است كه در آن براي مدل كردن جوش از يک جزء که توانايي تحليل حرارتي و مكانيكي را به صورت توأم دارد، استفاده‌ ميشود. روش دوم روش غير كوپل است که در آن دو تحليل جداگانه صورت مي‌پذيرد. ابتدا يك مدل حرارتي ايجاد شده و يك تحليل انتقال حرارت انجام مي‌شود. چون گرمايش در فرآيند جوشكاري موقتي است و محل و مقدار اين گرما با توجه به زمان تغيير مي‌کند، لذا اين تحليل حرارتي بايد يك تحليل گذرا باشد و چون مقادير داده‌هاي مسئله با توجه به تغييرات حرارتي در قطعه تغيير مي‌کنند، لذا تحليل حرارتي مذكور يك تحليل ناخطي است. از اين تحليل، تاريخچه دمايي تعيين مي‌گردد. مدل دوم كه از نتايج تاريخچه دمايي به دست آمده از تحليل اول به عنوان بار حرارتي استفاده مي‌کند، يك تحليل مكانيكي است كه تنش‌هاي پسماند و تغييرشکل‌هاي ناشي از جوش را به دست مي‌دهد.
در اين فصل به مباني تحليل حرارتي و مکانيکي پرداخته مي‌شود.

2-2 تحليل حرارتي
رابطه همگن انتقال حرارت به صورت زير تعريف ميشود ]3[:

(2-1)

در اين رابطه، و به ترتيب ضريب هدايت گرمايي، نرخ توليد گرماي داخلي و دما ميباشند.
در مسئلههايي نظير انتقال حرارت و جريان سيال ميبايست اثرهاي گذرا بودن در نظر گرفته شود. به عنوان مثال ممكن است در يك تحليل حرارتي، جريان حرارت ورودي وابسته به زمان باشد كه در اين صورت بايستي نرخ ذخيره شدن حرارت لحاظ شود. رابطه هدايت حرارتي گذرا با در نظر گرفتن اثرهاي ظرفيت حرارتي به صورت زير در ميآيد ]3[.

(2-2)

در اين رابطه، c گرماي ويژه و چگالي است.
شرط مرزي روي سطحهاي جسم به صورت زير بيان ميشود:

(2-3)

در اين رابطه و كسينوسهاي هادي بردار عمود بر سطح ميباشند.شار حرارتي اعمال‌شده، شار حرارتي ناشي از جابجايي و شار حرارتي ناشي از تشعشع است. شارهاي حرارتي جابجايي و تشعشعي به صورت زير تعريف ميشوند ]3[.

(2-4)

(2-5)

hcو hr به ترتيب ضريبهاي انتقال حرارت جابجايي و تشعشعي بوده و دماي محيط خارج است. اگر خواص ماده مستقل از دما باشد مسئله يكنواخت خطي و اگر

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید