شبیه سازی المان محدود فرآیند جوشکاری gmaw فولاد aisi 1045 جهت تعیین تنش های پسماند و تغییرشکلهای جوشکاری با درنظر گرفتن تغییرات فازی

جوشکاری ذوبی یک روش عمومی جهت اتصال دائم قطعات فلزی می باشد. ایجاد تنش های پسماند و اعوجاج به واسطه ی حرکت موضعی منبع حرارت و نیز سرعت های متفاوت سردشدن ، از جمله پیامدهای این روش اتصالی است. وجود تنش های پسماند باعث رشد ترک و کاهش عمر سازه های جوشکاری شده می گردد. همچنین اعوجاج ناشی از جوشکاری، دقت ابعادی را کاهش داده و سبب عدم تطابق ابعادی اتصال می گردد. درنتیجه، پیش بینی دقیق مقادیر یاد شده اهمیت فراوانی در ایجاد اتصالات مناسب دارد. از جمله راهکارهای پیش بینی تنش و اعوجاج ناشی از جوش، شبیه سازی شرایط جوشکاری با استفاده از روش های المان محدود می باشد. شبیه سازی فرآیند جوشکاری به واسطه ی ماهیت غیرخطی خود و نیز وجود کوپل های حرارتی، مکانیکی و متالورژیکی، از جمله تحلیل های پیچیده می باشد. نیاز به اطلاعات مواد تا دماهای نزدیک نقطه ی ذوب، وجود معادلات گسترده ی ترموالاستوپلاستیک و نیز غیرخطی بودن بارگذاری ها و شرایط مرزی، برپیچیدگی مسئله افزوده است. هدف تحقیق حاضر، تعیین میزان تنش های پسماند وتغییر شکل های ناشی از جوشکاری با درنظر گرفتن تغییرات فازی می باشد. بدین جهت، شبیه سازی فرایند جوشکاری قوسی با گاز محافظ فولاد باکربن متوسطaisi 1045 در حالت لب به لب، توسط بسته نرم افزاری چند منظوره ی اجزا محدود آباکوس (abaqus) صورت پذیرفت. از مدل دوبیضوی گلداک (goldak) جهت مدلسازی حرکت قوس و نیز تکنیک مرگ و زنده شدن المانها جهت افزودن فلز پرکننده بهره گرفته شد. اتلاف حرارتی به واسطه ی تابش و همرفت از طریق برنامه نویسی در محاسبات لحاظ گردید. میزان واقعی تغییرات دمایی در طول جوشکاری به وسیله ی نصب ترموکوپل در چندین نقطه ی مشخص بدست آمد. مقایسه نتایج حاصل از ترموکوپل ها با نتایج حرارتی تحلیلگر و نیز انطباق مناسب کنتورهای دمایی با مناطق متاثر از حرارت (haz)، دقت بالای تحلیل را نشان می دهد. جهت بررسی تاثیر تغییرات ریزساختاری بر میزان تنش های پسماند ناشی از جوشکاری پارامترهایی از قبیل گرمای نهان ذوب و انجماد و ضریب انبساط حرارتی وابسته به مارتنزیت تشکیل یافته حین فرآیند سرد شدن ناحیه ی haz در محاسبات المان محدودی لحاظ گردیدند. میزان مارتنزیت، تشکیل شده در مرحله ی سردسازی توسط برنامه نویسی در محیط نرم افزار برنامه نویسی فورترن(fortran) محاسبه شده همچنین، آزادشدن کرنش در حین فرآیند ذوب نیز درنظر گرفته شد. تاثیر تغییرات فازی بر کرنش حجمی ناشی از استحاله های فازی توسط زیربرنامه نویسی در محیط آباکوس لحاظ گردید. علاوه براین، تغییرات میکروسختی نواحی مختلف نیز بر حسب درصد فازهای تشکیل دهنده آن منطقه مشخص گردید. مقادیر تنش پسماند در حالت درنظرگرفتن تغییرات فازی و نادیده گرفتن این تغییرات، در آنالیز المان محدود با یکدیگر مقایسه گردیدند. همچنین با بهره گیری از روش مخرب اندازه گیری تنش پسماند تحت عنوان سوراخکاری(hole drilling) و استفاده از نشان گرهای تغییرات طولی (gage indicator) میزان تنش پسماند و اعوجاج نیز به صورت تجربی اندازه گیری شد. در انتها، سختی سنجی در مقیاس میکرو نیز به عنوان گواهی بر تشکیل فازهای مارتنزیتی و بینایتی در ناحیه ی متاثر از حرارت صورت پذیرفت. نتایج این تحقیق حاکی از این است که اندازه گیری اعوجاج در حالت محاسبه تغییرات فازی بهبود چندانی نیافته که دلیل آن درصد کم مارتنزیت توسعه یافته می باشد. اما این بهبود در محاسبات تنش های پسماند بشدت چشمگیر بوده بطوریکه لزوم درنظر گرفتن استحاله های فازی در مدلسازی این فولاد را مشخص می نماید.