محاسبه و اندازه گيري تنش هاي پسماند در لوله هاي فولاد زنگ نزن و بررسي تاثير ضخامت ديواره بر توزيع تنش ها

Evaluation and measurement of the residual stresses in stainless steel pipes and investigation of the effects of wall thickness on the stresses distribution

در اين مقاله رفتار مكانيكي – حرارتي فرآيند جوشكاري ذوبي براي تعيين ميزان اثر ضخامت ديواره بر بزرگي و توزيع تنش پسماند جوشي در اتصال فلزات همجنس مورد بررسي قرارگرفته است. براي تاييد مدل از داده هاي تجربي اتصالات همجنس كه با روش كرنش سنجي سوراخ توسط دنگ بدست آمدند استفاده شده است. ارتباط خوبي بين نتايج المان محدود و داده هاي تجربي بدست آمد. نتايج نشان داد روش محاسباتي توسعه يافته در اين مطالعه يك روش موثر جهت پيش بيني تنش پسماند در اتصالات-همجنس است. اثر ضخامت ديواره لوله روي تنش هاي پسماند جوشكاري در لوله هاي جوش داده شده بصورت لب به لب با استفاده از مدل المان محدود حاضر مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد كه با افزايش ضخامت ديواره لوله، تنش هاي پسماند محوري كششي در سطح داخلي و محوري فشاري در سطح خارجي لوله فولاد زنگ نزن تقريبا تا 35 و 25 درصد كاهش يافته، ولي تنش هاي محوري فشاري در سطح داخلي و تنش هاي محوري كششي در سطح خارجي تغيير چنداني نكرده است. هم چنين در لوله فولاد زنگ نزن با افزايش ضخامت ديواره تنش پسماند محيطي فشاري در سطح داخلي كمي افزايش اما تنش هاي محيطي كششي تغيير قابل توجهي نمي كنند. بطور كلي ضخامت ديواره بر اندازه و توزيع تنش پسماند محيطي لوله فولاد زنگ نزن تاثير مهمي ندارد. هم چنين در ضخامت هاي ديواره بالا تنش هاي پسماند محوري توزيع وسيع تري خواهند داشت.

In this paper, thermo-mechanical behavior of the welding process was analyzed to determine the effect of wall thickness on the residual stress magnitude and distribution in the stainless steel pipes. In order to verify the model, experimental data for the steel pipes, obtained by Deng with deep hole drilling method, were utilized. Good agreement was observed between the finite element and experimental data. The results indicated that the developed computational method is an effective tool to predict the residual stress of similar weld joints. The present finite element model was developed in a butt-welded pipe to consider the effect of pipe wall-thickness. It was observed that by increasing the preheating temperature in the repair welded pipes, tensile axial residual stresses on the inner surface and compressive axial residual stresses on the outer surface of the stainless steel pipes decreased about 35 and 25 percent, but the compressive axial residual stresses on the inner surface and tensile stresses on the outer surface have small variation. Moreover, by increasing the wall thickness of pipe compressive hoop residual stresses on the inner surface on the stainless steel increased, but only a small variation was observed on the tensile hoop residual stresses. In general, there is no significant effect on the magnitude and distribution of hoop residual stresses on the inner surface of the stainless steel pipe. Also, high wall thickness will have wider distribution of axial residual stresses.