محاسبه تنش پسماند در فرایند جوشکاری لوله ها با روش کوپل مستقیم

لوله هایی که با جوشکاری محیطی به یکدیگر متصل می شوند در خطوط انتقال نفت و گاز و همچنین در خطوط انتقال بخار در نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. پیش بینی تنش های پسماند در اثر جوشکاری در این لوله ها از نقطه نظر مسائل مربوط به رشد ترک و مکانیک شکست و همچنین مقاومت خستگی ناشی از خورگی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به وقت گیر بودن و گران بودن روشهای تجربی برای پیش بینی تنش های پسماند ناشی از جوشکاری روشهای شبیه سازی عددی در دهه های اخیر برای انجا اینکار مورد توجه قرار گرفته اند. در این مقاله تنشهای پسماند حاصل از فرایند جوشکاری بر روی لوله های فولادی با استفاده از روش کوپل مستقیم محاسبه گردیده است . روش کوپل مستقیم غالبا یک آنالیز بوده که در آن تمامی میدانها بطور مستقیم و کوپل شده به هم همزمان حل می شوند. لذا المانهای بکار گرفته شده در این روش بایستی تمامی درجات آزادی مورد نیاز هر میدان را دارا باشند. آنالیز کوپل مستقیم در مواردیکه تداخل میدانهای کوپله بسیار غیر خطی باشند مناسب است. اما بدلیل پیچیده شدن معادلات تحلیل مسائل با این روش بسیار وقت گیر تز ار روش آنالیز متوالی است. برای مدل سازی فرایند از روش اجزا محدود و نرم افزار ANSYS استفاده شده است. رفتار ماده بصورت الاستو – پلاستیک در نظر گرفته شده و خواص مکانیکی و ترمودینامیکی بصورت تابعی از دما در مدل اعمال گردیده است. انرژی حرارتی ناشی از قوس الکتریکی با توجه به شرایط جوشکاری در دو پاس متوالی محاسبه شده و بصورت شار خرارتی به مدل اعمال گردیده است. نتایج حاصل از مدل انتقال حرارت در لوله نشان میدهد که توزیع درجه حرارت در لوله در طی فرایند جوشکاری تقریبا متقارن محوری است. بنابراین برای حل میدان کوپله درجه حرارت و تنش از مدل متقارن محوری استفاده شده است. تنش پسماند محاسبه شده در جهت های مختلف با مقادیر تجربی گزارش شده تطابق خوبی را نشان می دهد. برای شبیه سازی انجماد در حوضچه جوش از ابزار تولد و مرگ المانها استفاده شده است.