شبيه‌سازي المان محدود فرآيند جوشكاري اصطكاكي دوراني لوله‌هاي غيرهم‌جنس

Finite element modeling of rotary friction welding of dissimilar pipes

در اين پژوهش، شبيه‌سازي المان محدود فرايند جوشكاري اصطكاكي دوراني دو لوله غير هم‌جنس ASTM A106-B و AISI 4140 ارائه شد. با استفاده از طرح آزمايش كسري، تأثير پارامترهاي اصلي جوشكاري شامل سرعت دوراني، فشار اصطكاكي، زمان اصطكاكي، فشار آهنگري و زمان آهنگري بر ميزان كوتاه‌شدگي نمونه‌هاي بعد از جوشكاري مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به وجود تغييرشكل شديد در اين فرايند و جلوگيري از ايجاد المان‌هاي اعوجاج يافته از تكنيك مش‌ريزي مجدد ابتكاري و اسكريپت‌نويسي در نرم‌افزار آباكوس استفاده گرديد. در مجموع 27 مدل‌سازي المان محدود و 3 آزمون تجربي جهت اعتبارسنجي انجام گرفت. نتايج نشان داد كه افزايش تمامي پارامترهاي فرايند، كوتاه‌شدگي بيشتر اتصال را در پي دارد. پارامتر فشار اصطكاكي نيز با 33.9% بيش‌ترين تأثير را بر ميزان كوتاه‌شدگي نمونه‌ها دارا بود. علاوه بر اين، افزايش فشار و زمان آهنگري تا مقدار محدودي كوتاه‌شدگي قطعات را افزايش داده و پس از آن بي‌تأثير بودند. از سوي ديگر، ميزان دماي تعادلي در سطح اتصال در حدود 1250 درجه سانتي‌گراد بود كه بعد از حدود 2 ثانيه از شروع فرايند ايجاد مي‌شد. نتايج آزمون‌هاي اعتبارسنجي نيز بيانگر وجود خطاي شبيه‌سازي در حدود 5.6% بود كه نشان از مطابقت بالاي مدل المان محدود با شرايط تجربي فرايند دارد.

In this paper, finite element modeling of friction welding of two ASTM A106-B and AISI 4140 dissimilar pipes is investigated. The effect of the friction welding parameters including rotation speed, friction pressure, friction time, forging pressure and forging time on the axial shortening are investigated using a fractional factorial design method. Because of the extreme material deformation, an innovative remeshing technique was scripted in Abaqus CAE to prevent the creation of distorted elements. 27 models were solved and 3 validation experimental tests were carried out. Results showed that increasing the all parameters cause larger axial shortening. Friction pressure with 33.9% had the most effect on the axial shortening. Moreover, an increase in forging pressure and forging time has a limited effect on the axial shortening. After about 2 seconds from the beginning of the welding, the temperature of the interface becomes steady at about 1250°C. The validation tests revealed that the simulation error was about 5.6% which shows a good agreement between the finite element results and the experimental data.