مرکز منطقه ای اطلاع رساني علوم و فناوري - شبيه‌سازي عددي جريان مذاب و توزيع ذرات اكسيدي در حوضچه جوش فولاد زنگ نزن 304L

پديدآورندگان :

پورمند سارا s.pourmand@aut.ac.ir دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشكده مهندسي معدن و متالورژي، دانشگاه صنعتي اميركبير، تهران، ايران؛ , جعفري امين ajafari@aut.ac.ir استاديار، دانشكده مهندسي معدن و متالورژي، دانشگاه صنعتي اميركبير، تهران، ايران؛ , ابراهيمي عليرضا arebrahimi@aut.ac.ir دانشيار، دانشكده مهندسي معدن و متالورژي، دانشگاه صنعتي اميركبير، تهران، ايران؛

چكيده فارسي :

جوشكاري A-TIG يك روش اصلاحي جوشكاري گاز تنگستن براي افزايش عمق نفوذ جوش است كه در آن از يك فلاكس فعال روي حوضچه مذاب استفاده مي¬شود. فلاكس فعال الگوي جريان مذاب در حوضچه را تغيير داده و باعث افزايش عمق حوضچه مي‌شود، اما از طرف ديگر، به دليل ايجاد ذرات اكسيدي در جوش مي‌تواند مشكل ايجاد كند. به همين دليل شناخت چگونگي جريان مذاب و حركت و توزيع ذرات اكسيدي ناشي از فلاكس در حوضچه جوش اهميت دارد. در پژوهش حاضر يك مسئله صنعتي جوشكاري A-TIG ورق فولاد زنگ نزن 304L با فلاكس اكسيدي SiO2 طرح‌شده و تلاش بر اين بوده كه به روش شبيه‌سازي رياضي، سازوكار جريان مذاب و حركت ذرات اكسيدي در حوضچه جوش، شناسايي و بررسي شود. مسئله در سه بعد با رويكرد اويلر (مشعل ثابت و ورق متحرك) و پايدار در زمان طرح شد. مدل رياضي بر پايه معادلات پيوستگي، مومنتم و انرژي بنا گرديد و پديده‌هاي فيزيكي مؤثر شامل جريان طبيعي ناشي از گراديان دما، جريان اجباري ناشي از قوس و دمش گاز، جريان مارانگوني ناشي از تغييرات كشش سطحي و نيز ذوب و انجماد آلياژي به روش آنتالپي در مدل رياضي در نظر گرفته شد. مدل عددي به كمك كد نويسي فورترن و به روش حجم محدود FVM ساخته و با الگوريتم SIMRLEC حل شد. پس از به دست آمدن ميدان سرعت، ذرات جامد كروي شكل به‌عنوان ذرات اكسيدي در ميدان سرعت رها شدند و نحوه حركت و مسير آن‌ها مطابق قانون استوكس محاسبه گرديد. نتايج محاسبات براي هندسه حوضچه مذاب و توزيع ذرات اكسيدي با داده‌هاي تجربي موجود از پروژه ديگر ارزيابي شد. نتايج به‌صورت الگوي جريان مذاب در حوضچه، توزيع دما، هندسه حوضچه و مسير حركت ذرات در حوضچه ارائه و بررسي شدند. به كمك نتايج عددي، رفتار حوضچه مذاب تحت اثر پارامترهاي مسئله شامل سرعت و توان مشعل جوشكاري A-TIG بررسي و در مورد چگونگي حركت ذرات درون حوضچه بحث شد. اين پژوهش كمك كرد كه شناخت نسبتاً بهتري از حوضچه مذاب جوشكاري A-TIG به دست آيد.