بررسی تجربی و ارائه مدل تحلیلی پدیده فوران در جوشکاری حین کار لوله های فولادی ضدزنگ آستنیتی

در این پژوهش فرآیند جوشکاری حین کار به منظور بررسی فوران بر اساس روش المان محدود مدل سازی شده است. ابتدا فرآیند جوشکاری اتصال tشکل دو ورق بصورت دوبعدی و سه بعدی مدل سازی و نتایج با داده های تجربی مقایسه شده است. سپس با روش به روزرسانی بر اساس داده های تجربی، مدل توسعه یافته ای بصورت روابط دو بیضی گون برای منبع حرارتی بدست آمده است. مزیت عمده این مدل، کاهش ضرایب معادلات منبع حرارتی می باشد که این امر با مرتبط ساختن سایر ضرایب به خصوصیات فیزیکی وهندسی در جوش حاصل شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد که مدل دو بعدی با اصلاح تابع تولید حرارت، قادر به پیش بینی میدان حرارتی بوده، ولی منجر به خطای فاحش در حل مکانیکی شده و بنابراین، استفاده از آن توصیه نمی گردد.از این مدل توسعه یافته، در تحلیل عددی فرآیند جوشکاری اتصال tشکل دو لوله استفاده شده و نتایج با داده های تجربی مقایسه شده است. همچنین نفوذ جوش و ضخامت haz پیش-بینی شده توسط این مدل با نتایج حاصل از میکروگرافی و میکروسختی سنجی مقایسه شده که تطبیق خوبی ملاحظه شده است. این مقایسه ها نشان می دهد که مدل دوبیضی گون توسعه داده شده در این پژوهش، قادر است بخوبی فرآیند جوشکاری را هم در اتصال tشکل دو ورق وهم در اتصال tشکل دو لوله شبیه سازی کند. با استفاده از این مدل اثر سرعت پیشروی جوش، ضخامت لوله و ضریب همرفت ناشی از عبور سیال از داخل لوله اصلی مطالعه شده است. با استفاده از نتایج حل مکانیکی، توزیع تنش در ضخامت لوله اصلی در حین جوشکاری بدست آمده احتمال بروز فوران بر اساس حل حرارتی و مکانیکی در تمامی حالات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که ضریب همرفت جریان سیال عبوری از داخل لوله و ضخامت آن، نقش اساسی در کاهش احتمال فوران را دارد. از سوی دیگر افزایش ضریب همرفت به دلیل بالا بردن سرعت خنک شدن قطعه، باعث افزایش احتمال بروز ترک گرم خواهد شد و در عین حال ممکن است کیفیت جوش و نفوذ ذوب را نیز کاهش دهد. همچنین استفاده از آب راکد در داخل لوله به دلیل تشکیل حباب بخار موضعی در دیواره که موجب افزایش موضعی درجه حرارت می شود، برای جلوگیری از وقوع فوران توصیه نمی شود. جوشکاری حین کار روی لوله های فولادی به ضخامت کمتر از 5/5 میلیمتر به دلیل بالا بودن احتمال وقوع فوران مجاز نمی باشد؛ مگر اینکه یک جریان سرد کننده با ضریب همرفت کافی در داخل لوله برقرار باشد.نتایج نشان می دهد که هر چند افزایش زیاد سرعت جوشکاری، موجب کاهش نفوذ حرارت جوشکاری به عمق شده و تا حدودی احتمال بروز فوران را کاهش می دهد، اما به دلیل اینکه موجب کاهش کیفیت اتصال جوشی می گردد، توصیه نمی شود.