ارزیابی منطقه حساس شده در ناحیه متأثر از جوش فولاد زنگ نزن 304 با استفاده از شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی

فولادهای زنگ نزن آستنیتی از متداول‎ترین انواع فولادهای زنگ نزن است که مقاومت به خوردگی و قابلیت جوش پذیری خوبی از خود نشان می‎دهند. هنگامی که این فولادها در محدوده دمایی 600 تا850 درجه سانتیگراد قرار می‎گیرند، کاربیدکروم در مرزدانه رسوب کرده و منطقه حساس شده ای را در ناحیه متاثر از گرما بوجود می آورد که مستعد به خوردگی بین دانه ای می باشد. این پدیده در فولادهای زنگ نزن آستنیتی با درصد وزنی کربن بالاتر از 0.02% همچون فولاد 304aisi به وضوح دیده می‎شود. فولاد 304aisi به دلیل قیمت ارزان و خواص مکانیکی خوب از پرکاربردترین فولادهای زنگ نزن آستنیتی به شمار می‎رود. مرسوم‎ترین روش جوشکاری این فولادها، جوشکاری قوس الکترود تنگستنی است. در این روش می‎توان کنترل دقیقی بر روی میزان گرمای تولیدی و ورودی داشت. با توجه به این که یکی از خواص مواد به خصوص آلیاژهای فلزی هدایت حرارتی است، در نتیجه بخشی از حرارت جوشکاری به مناطق اطراف منتقل می‎شود و می‎تواند موجب تأثیراتی چون تلفات انرژی، ایجاد تنش، پیچیدگی، تغییرات متالورژیکی ناشی از سیکل سرد و گرم شدن و ... بشود. یکی از زمینه های تحقیقاتی به روز دنیا، شبیه سازی تأثیرات حرارتی و پیش بینی تنش ها و تغییرات دمایی و ساختاری در جوش و مناطق اطراف آن است. شبیه سازی یک ابزار کارامد و مفید در ساخت و تولید است که می‎تواند در زمینه صنعت به آزمایش و شناخته شدن عمکرد سیستم کمک کند. شبیه سازی در واقع یک راه حل ارزان، مطمئن و سریع در آنالیز به حساب می‎آید. با توجه به پیشرفت کامپیوترها در دهه اخیر، استفاده از شبیه سازی نیز گسترش روزافزونی پیدا کرده است. شبیه سازی جوشکاری، می‎تواند بعنوان یک ابزار طراحی یا ساخت مورد استفاده قرار گیرد. بعنوان یک ابزار طراحی، مدل سازی برای ارزیابی عملی بودن یک طرح استفاده می‎شود و بعنوان یک ابزار آنالیز ساخت، برای طرح های تعیین شده و روش‎های جوشکاری مختلف، قادر به کاهش تلفات تا مقدار زیادی خواهد بود. با وجود موفقیت هایی که محققین در دهه های اخیر در مدل سازی جوشکاری کسب کرده اند، بکارگیری آن بعنوان ابزار آنالیز ساخت جهت کاهش تلفات، کمتر مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به اهمیت بحث حساس شدن در فولادهای زنگ نزن و لزوم پیش‎بینی این پدیده پس از جوشکاری، در این مقاله با بررسی پارامترهای موثر بر گرمای ناشی از جوشکاری قوس الکترود تنگستنی یعنی جریان، سرعت، ضخامت نمونه، دمای پیشگرم و دمای محیط، پهنا و موقعیت منطقه حساس شده به صورت شبیه سازی سه‎بعدی تعیین شده است. شبیه سازی با استفاده از روش اختلاف محدود و مدل حرارتی گلداک در زبان برنامه نویسیc++ نوشته شده است. همچنین برای صحت مدل ارائه شده، آزمایش به صورت عملی در آزمایشگاه انجام و نتایج آن با شبیه سازی صورت گرفته، مقایسه گردید. هدف از این تحقیق، شبیه سازی پهنا و موقعیت ناحیه حساس شده و مستعد به خوردگی بین دانه‎ای در فولاد زنگ نزن 304 بعد از جوشکاری الکترودتنگستنی است. در این راستا در فصل دوم به بررسی بیشتر فولادهای زنگ نزن آستنیتی، روش جوشکاری قوس الکترود تنگستنی و چگونگی حساس شدن و خوردگی این فولاد پس از جوشکاری می‎پردازیم. در فصل سوم به نحوه شبیه سازی و کار عملی صورت گرفته پرداخته می‎شود. در فصل چهارم نتایج حاصل از شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی آورده می‎شود و در آخر به مقایسه، تحلیل و بررسی نتایج بدست آمده اشاره می شود.