تأثير جنس ماده و شرايط جوشكاري بر مشخصه‌هاي جوشTشكل ورق‌هاي فولادي با استفاده از نتايج تجربي و مدل عددي

Effect of material and welding parameters on characteristics of T-shape weld of steel plates using experimental data and numerical model

در اين مقاله از داده‌هاي تجربي به‌منظور توسعه يك رابطه تحليلي تجربي براي منبع حرارتي دو بيضوي جهت مدل كردن فرآيند جوشكاري در اتصال جوش Tشكل از ورق‌هاي فولاد‌كربني AISI 1020 و زنگ‌نزن AISI 304 استفاده شده است. از اين مدل در برنامه كامپوتري مبتني بر روش المان محدود براي شبيه‌سازي سه‌بعدي جوش دو ورق استفاده شده و ميدان دمايي در محل جوش بدست آمده است. نتايج تجربي بصورت درجه حرارت نقاطِ مشخص كه در حين جوشكاري توسط سيستم داده‌پردازي كامپيوتري كه بدين منظور طراحي و ساخته شده است، ذخيره مي‌گردند. همچنين ضخامت لايه‌هاي جوش با ارزيابي ساختار كريستالي و سختي آنها تعيين و با نتايج مدل عددي مقايسه شده‌اند. با مقايسه داده‌هاي تجربي و نتايج حاصل از حل عددي، ضريب مدل عددي به‌كمك روش "به‌روز رساني" تعيين شده است. اثر جنس ورق و شرايط جوشكاري نيز مورد بررسي قرار گرفته تا از عموميت مدل اطمينان حاصل شود. اين مدل مي‌تواند جهت تعيين كيفيت جوش و ضخامت لايه تحت تأثير حرارت و همچنين در بررسي احتمال فوران يا ترك گرم در حين جوشكاري مورد استفاده قرار گيرد. مزيت عمده‌ي مدل اين است كه تعداد ضرايب آن تنها به يك ضريب كاهش يافته و ساير ضرايب به پارامترهاي فيزيكي و يا هندسي قطعات جوش مربوط مي‌شوند. نتايج عددي حاصل از اين مدل، نشان مي‌دهند كه اصلي‌ترين عوامل مؤثر در توزيع درجه حرارت اطراف جوش، ضريب هدايت حرارتي ورق‌ها، ضخامت، مقدار گرماي ورودي و سرعت جوشكاري مي‌باشند.

In this paper, experimental data have been used to develop a semi empirical relationship for doubleellipsoidal heat source to model the welding process of a Tshape fillet weld of carbon steel AISI 1020 and stainless steel 304. This model is used in a finite element based computer code to simulate the three dimensional welding process and obtain the temperature profile around the weldment. Experimental data in the form of temperature for certain points have been recorded during the welding process using a computerized data processing system which has been designed for this purpose. Also, the thickness of the weldment layers has been compared by observing their hardness and crystallography. By comparing experimental data with numerical result, the coefficient of the model has been determined using “model updating” process. The effects of material properties and welding parameters have been studied to insure the generality of the model. This model can be used to evaluate the quality of the welding and thickness of the heat affected zone as well as the risks during the welding process such as burnthrough and hot cracking. The main advantage of this model is that the number of coefficients is reduced to only one parameter and the rest have been related to the physical and geometrical characteristics of the weld. Results of the numerical simulation obtained using this model show that the major factors which affect the temperature distribution around the weldment are material conductivity, plate thickness, input heating and welding speed.