ارزیابی تغییرات تنش پسماند طولی در راستای ضخامت در اتصال جوشی‌آلیاژ آلومینیوم 5086

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

تنش‌های پسماند جوشی، به‌ویژه نوع طولی آن، نقشی اساسی در خستگی و شکست سازه‌ها دارند. عمده‌ی روش‌های اندازه‌گیری تنش‌‌پسماند دارای یک محدودیت بزرگ هستند که قابلیت اندازه‌گیری تنش‌پسماند در عمق قطعه را ندارند. در این پژوهش از تلفیق روش شبیه‌سازی المان محدود و روش تجربی پراش پرتو ایکس به‌منظور ارزیابی تنش‌پسماند در عمق قطعه استفاده شد. تنش‌های پسماند جوشکاری تیگِ دو ورق به ضخامت ضخامت 8 میلی‌متر و از جنس آلیاژ آلومینیوم سری 5086، به‌صورت تحلیل با استفاده از نرم‌افزار آباکوس، به‌صورت تجربی توسط روش پراش پرتو ایکس در سطح قطعه صحه‌سنجی شدند. مشاهده گردید که در خط مرکزی جوش، با افزایش عمق، تنشهای پسماند طولی تا 37 مگاپاسکال، کاهش و در ناحیه متاثر از حرارت و در فاصله 10 تا 25 میلیمتری از خط مرکزی جوش، نیز تا 70 مگا پاسکال، کاهش می‌یابد. در نقاط دورتر، همزمان با کاهش تنش‌های پسماند طولی، تنشهای فشاری در عمق قطعه‌کار ایجاد می‌شود. ادعا می‌شود که با توجه به چشم‌گیر بودن تغییرات تنش‌های پسماند در عمق قطعه، برای انجام تحلیل‌های دقیق‌تر، محاسبه تنش‌های پسماند در عمق قطعه ضروری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Ueda Y, Yamakawa T (1971) Analysis of thermal elastic-plastic stress and strain during welding by finite element method. Trans JWRI 2(2): 186-196.

[2]  Goldak J, Oddy A, Gu M, Ma W, Mashaie A, Hughes E (1992) Coupling heat transfer, microstructure evolution and thermal stress analysis in weld mechanics. Mechanical Effects of Welding, ed: Springer: 1-30.

[3] Yajiang L, Juan W, Maoai C, Xiaoqin S (2004) Finite element analysis of residual stress in the welded zone of a high strength steel. Bull Mater Sci 27(2): 127-132.

[4]  Song J, Peters J, Noor A (2003) Sensitivity analysis of the thermomechanical response of welded joints. Int J Solids Struct 40(16): 4167-4180.

[5]  Branza T, Duchosal A, Fras G, Deschaux-Beaume F, Lours P (2004) Experimental and numerical investigation of the weld repair of superplastic forming dies. J Mater Process Technol 155: 1673-1680.

[6]  Nandan R, Roy G, Lienert T, DebRoy T (2006) Numerical modelling of 3D plastic flow and heat transfer during friction stir welding of stainless steel. Scie Technology Weld Joining 11(5): 526-537.

[7]  Alberg H, Berglund D (2003) Comparison of plastic, viscoplastic, and creep models when modelling welding and stress relief heat treatment. Comput Methods Appl Mech Eng 192(49): 5189-5208.

[8]  Fricke S, Keim E, Schmidt J (2001) Numerical weld modeling a method for calculating weld-induced residual stresses. Nucl Eng Des 206(2): 139-150.

[9] Mabelly P, Bourges P, Pont G (2001) Effect of metallurgical transformations on weld residual stresses application to E690 steel grade. Mar Struct 14(4): 553-567.

[10] Barroso A, Canas J, Picon R, Paris F, Mendez C, Unanue I (2010) Prediction of welding residual stresses and displacements by simplified models. Experimental validation. Mater Des 31(3): 1338-1349.

[11] Fachinotti VD, Anca AA, Cardona A (2011) Analytical solutions of the thermal field induced by moving double ellipsoidal and double elliptical heat sources in a semi infinite body. Int J Numer Method Biomed Eng 27(4): 595-607.

[12] Shugen X, Wang W, Chang Y (2014) Using FEM to predict residual stresses in girth welding joint of layered cylindrical vessels. Int J Press Vessels Pip 119: 1-7.

[13] Stamenkovic D, Peric M (2011) Determination of Residual Stresses in Welded Pipes Using a Simplified Heat Source. Rev Sci Tech 61(1): 12-16.

[14] Fanous IF, Younan MY, Wifi AS (2002) 3-D finite element modeling of the welding process using element birth and element movement techniques. ASME Pressure Vessels Piping Div Publ PVP 442: 165-172.

[15] Javadi Y (2012) Residual Stress Evaluation through Thickness of an Austenitic Stainless Steel Welded Joint by using Ultrasonic Technique. PhD Thesis, Mechanical Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran. (In Persion)

[16] Steuwer A, Peel MJ, Withers PJ (2006) Dissimilar friction stir welds in AA5083–AA6082: the effect of process parameters on residual stress. Mater Sci Eng A 441(1): 187-196.

[17] Masubuchi K (1980) Analysis of welded structures: Residual stresses, distortion, and their consequences. 1st edn.  Elsevier 33.

[18] Eftekhari M (2014) Simulation of longitudinal residual stress in welded austenitic stainless steel plates and evaluation with x-ray diffraction and ultrasonic methods. MSc Thesis, Mechanical Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran. (In Persion)

[19] Park DH, Choi SW, Kim JH, Lee JM (2015) Cryogenic mechanical behavior of 5000-and 6000-series aluminum alloys: Issues on application to offshore plants. Cryogenics 68: 44-58.

[20] Javadi Y, Akhlaghi M, Najafabadi MA (2013) Using finite element and ultrasonic method to evaluate welding longitudinal residual stress through the thickness in austenitic stainless steel plates. Mater Des 45: 628-642.

[21] Sadeghi S, Najafabadi MA, Javadi Y, Mohammadisefat M (2013) Using ultrasonic waves and finite element method to evaluate through-thickness residual stresses distribution in the friction stir welding of aluminum plates. Mater Des 52: 870-880.

[22] AWS Standard D1.6/D1.6M (2003) American Welding Society, Structural Welding Code - Aluminum, An American National Standard.

[23] Jalili N (2014) Investigation of heat transfer in friction stir welding process with cooling flux. MSc Thesis, Mechanical Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran. (In Persion)

[24] Hasani M (2013) Evaluation of welding residual stress in austenite stainless steel using LCR ultrasonic waves. MSc Thesis, Mechanical Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran. (In Persion)

[25] Karimnia V, Sattari-Far I (2015) Investigating the influence of effective parameters on the residual stresses in circumferentially arc welded thin walled cylinders of aluminum alloy series 5000. Modares Mechanical Engineering 15(3): 377-386. (In Persian).

[26] Pradip D, Joshi Y, Franche C (1994) Determination of gas tungsten arc welding efficiencies. Exp Therm Fluid Sci 9(1): 80-89.

[27]­ Deng D, Murakawa H (2008) Prediction of welding distortion and residual stress in a thin plate butt-welded joint. Comput Mater Sci 43(2): 353-365.

[28]­ Jiang W, Zhang Y, Woo W (2012) Using heat sink technology to decrease residual stress in 316L stainless steel welding joint: Finite element simulation. Int J Press Vessels Pip 92: 56-62.

[29] Eftekhari M, Najafabadi MA (2015) Evaluation of the Capability of Ultrasonic Method for Measuring Longitudinal Welding Residual Stress, by Validating with X-Ray Diffraction Method. Modares Mechanical Engineering 15(9): 1-10. (In Persian)

[30] Hauk V (1977) Structural and residual stress analysis by nondestructive methods: Evaluation-Application-Assessment. Elsevier.

[31] Hilly ME (1971) Residual stress measurement by X-ray diffraction. SAE J784a, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA: 19.

[32] Pecharsky V, Zavalij P (2009) Fundamentals of powder diffraction and structural characterization of materials. 2nd edn. Springer 69, New York.

[33] Fitzpatrick M, Fry A, Holdway P, Kandil F, Shackleton J, Suominen L (2005) Determination of residual stresses by X-ray diffraction. p. 45.

[34] Schajer GS (ed). (2013) Practical Residual Stress Measurement Methods. 1st edn. Wiley.

[35] Akbari S, Miresmaeili R (2008) Experimental and numerical analyses of residual stress distributions in TIG welding process for 304L stainless steel. J Mater Process Technol 208(1): 383-394.