پيش بيني تنش هاي پسماند جوشي در اتصال سر به سر دو لوله ي فولادي به روش المان محدود با درنظر گرفتن تغييرات فازي در حين جوشكاري

prediction of residual stresses in welding of steel pipe considering phase transformation effects by finite element modeling

در اين تحقيق تأثير تغييرات فازي حالت جامد كه در حين فرايند جوشكاري دو لوله ي فولادي رخ ميدهند، روي تنش هاي پسماند مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين كار يك تحليل حرارتي- مكانيكي- متالوژيكي به روش المان محدود و با استفاده از نرمافزار ABAQUS انجام گرفته و زيربرنامههاي لازم جهت مدلسازي منبع حرارتي متحرك و انتقال حرارت در حين جوشكاري به زبان FORTRAN نوشته شده است. از آنجا كه دگرگوني آستنيت (با شبكه ي fcc) به ماتنزيت (با شبكه ي bct ) بيشترين تاثير را بر ميزان و نحوهي توزيع تنشهاي پسماند دارد؛ لذا در اين تحقيق مورد توجه قرار گرفته است. اين دگرگوني باعث افزايشحجم كريستالهاي فولاد و ايجاد تنشهاي فشاري ميشود. بر اساس ماكزيمم دماي نقاط واقع در منطقهي مذاب (FZ) و منطقه ي متأثر از حرارت (HAZ) و نيز مدت زمان سرد شدن از دماي 800 درجه تا 500 درجهي سانتيگراد و استفاده از نمودارهاي مربوطه، درصد مارتنزيت تشكيل شده در اين مناطق اندازهگيري گرديده است. همچنين در اين تحقيق اثر ميزان درصد كربن در فولاد و نيز تأثير اندازهي دانههاي آستنيت در مقدار مارتنزيت تشكيل شده و تأثير آن بر تنشهاي پسماند مورد بررسي قرار گرفته است. براي انجام آزمايشهاي تجربي از روش پراش اشعه ي X استفاده شده است. نتايج به دست آمده از روش المان محدود، مطابقت بسيار خوبي با نتايج به دست آمده از آزمايشهاي تجربي نشان ميدهد. براساس نتايج به دست آمده هرچه درصد كربن فولاد بيشتر و اندازهي دانه هاي آن بزرگتر باشد، درصد مارتنزيت تشكيل شده در نواحي HAZ و FZ بيشتر بوده وتنش هاي فشاري بيشتري ايجاد خواهد شد كه اين نيز به نوبهي خود باعث خنثي شدن تنشهاي پسماند كششي ودر نتيجه كاهش تنشهاي پسماند ميگردد.

In the all of the welded structure produced with one of the fusion welding methods, residual stress and welding defects, formatted during welding process would have many effects on the strength and toughness of welded structure. The objective of this study is to investigate the effects of solid-state phase transformation on welding residual stress and distortion in low carbon and medium carbon steels. In this study, based on ABAQUS code, a sequentially coupled thermal, metallurgical, mechanical 3- D finite element model is developed. In the numerical simulations, different continuous cooling transformation diagrams are used to predict the fractions of martensite for the fusion zone,and HAZ, respectively. Effects of volume change due to austenite– martensite transformation on the final residual stress and the welding distortion are examined. Also effects of welding energy on phase transformation and residual stress in are examined. The simulation results revealed that the final residual stress and the welding distortion in low carbon steel do not seem to be influenced by the solid-state phase transformation. However, for the medium carbon steel, the final residual stresses and the welding distortion seem to be significantly affected by the martensitic transformation. There is good accordance between experimental tests and simulation results