تحليل اگزرژي فرآيند جوشكاري در فولاد نرمه A36 و بررسي روش‌هاي چكش‌كاري، گرمايش موازي و روش ارتعاشي جهت كاهش تنش‌هاي پسماند

Exergy Analysis of A36 Mild Steel Welding Process and Investigation of Hammering, Parallel Heating and Vibration Method on Residual Stress Reduction

يكي از مهم‌ترين عيوب قطعات جوشكاري‌شده كه در اثر گراديان‌هاي شديد گرمايي ايجاد مي‌شود، تنش‌هاي پسماند است. در اين تحقيق روش‌هاي مختلف مكانيكي و حرارتي جهت كاهش تنش‌هاي پسماند بررسي شده و پارامترهاي مختلف موثر مورد بحث قرار گرفته است. در همين راستا، روابطي براي بازده انرژي و اگزرژي براي جوشكاري ارايه شده و سپس تاثيرات گرمايش شعله‌هاي موازي، روش ارتعاشي و روش چكش‌كاري بر كاهش تنش‌هاي پسماند جوشكاري به‌كمك اين دو بازده بيان شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه در روش گرمايش موازي، با افزايش توان شعله‌ها، هر دو بازده انرژي و اگزرژي كاهش يافته اما از روند كاهشي اين دو بازده، به مرور كاسته مي‌شود و به مقدار صفر ميل مي‌كند. افزايش سرعت جوشكاري نيز هر دو بازده را تا بيش از 2 برابر افزايش مي‌دهد. از طرفي آنتروپي بي‌بعدشده با افزايش گرماي ورودي شعله‌ها، كاهش مي‌يابد كه نشان از كاهش تنش‌هاي پسماند ناشي از جوشكاري است. اين كاهش در سرعت‌هاي بالاتر، بيشتر است. همچنين نسبت دو بازده نشان مي‌دهد كه در اين بررسي، توان حدود 1800ژول بر ثانيه، مقداري بهينه از نظر اقتصادي خواهد بود. مرتبه كاهش توليد آنتروپي بي‌بعدشده براي روش ارتعاشي 0/001، روش چكش‌كاري 0/1 و روش شعله موازي 10 است. مي‌توان انتظار داشت روش‌هاي گرمايشي كارآيي بيشتري نسبت به روش‌هاي مكانيكي در كاهش تنش‌هاي پسماند دارا هستند.

Residual stress is one of the most substantial defects of welded parts caused by intensive thermal gradient. In this study, different mechanical and thermal techniques for reducing residual stresses have been investigated and the effectiveness of contributing parameters has been discussed afterwards. Subsequently, some equations have been proposed for welding energy and exergy efficiency and the effects of parallel flame heating, vibration method, and hammer working method on reducing welding residual stresses are expressed. The results show that by using parallel heating technique, the enhancement of flame power would result in reducing both energy and exergy efficiencies. However, the decremental rate of the two efficiencies would slow down and they approach to an asymptotic value. Increasing the speed of welding improves two efficiencies more than 2 times. On the other hand, the normalized entropy is reduced by increasing the heat input of the flames. This fact is an indicator of a reduction in welding residual stress. This reduction is more at high speeds. Eventually, the ratio of the two efficiencies shows that in this study, economical power was about 1800j/s. The reduction of normalized entropy for the vibration, hammering, and parallel flame methods are 0.001, 0.1, and 10, respectively. Overall, it is expected that thermal methods are more efficient than mechanical methods in reducing residual stresses.