چکیده

به منظور افزایش بهره‌وری، فرآیند جوشکاری با حرارت ورودی زیاد از قبیل جوشکاری با سرباره الکتریکی (ESW) به منظور وصل کردن اتصالات بین دیافراگم و صفحه ستون در ساختمانهای فولادی مرتفع مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این وجود، حرارت ورودی ESW نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری، بسیار بیشتر است و حرارت ورودی زیاد نه تنها تا حد زیادی خواص فولاد را تغییر می‌دهد بلکه تنشهای پسماند بزرگی هم ایجاد می‌کند. در نتیجه، تغییرات خواص فولاد و تنشهای پسماند ناشی از ESW اثرات مهمی بر امنیت سازه دارند. در این مطالعه، یک مدل سه بعدی (3-D) المان متناهی با در نظر گرفتن منبع حرارتی متحرک برای شبیه‌سازی میدان دمایی جوشکاری،زمان ، تنش پسماند جوشکاری و اعوجاج در یک اتصال معمول صفحه ضخیم با ESW توسعه داده شد. سیکلهای حرارتی محاسبه شده توسط مدل المان متناهی با اندازه‌گیریهای حاصل از آزمایش مقایسه گردید. ضمنا ویژگیهای توزیع تنش پسماند و اعوجاج جوشکاری در اتصال ESW به طور عددی بررسی شد. همچنین تاثیرات حرارت ورودی بر اندازه منطقه متاثر از حرارت (HAZ)، زمان  تنش پسماند و اعوجاج ناشی از جوشکاری آزمایش شد. می‌توان از منحنی سیکل حرارتی و شبیه‌سازی شده توسط مدل FEM  به منظور استنباط ریزساختار و نیز چقرمگی منطقه جوش و HAZ استفاده کرد و توزیع تنش پسماند جوشکاری برآورد شده توسط مدل عددی، می‌تواند در ارزیابی بی‌نقصی ساختار مفید باشد.
فهرست مطالب

1-مقدمه

2- اندازه‌گیری سیکل دمایی اتصال ESW

3-رویکرد محاسباتی

1-3- مدل المان متناهی

2-3-آنالیز حرارتی و مدل منبع حرارت

3-3 آنالیز مکانیکی          

4-3- موارد شبیه‌سازی (simulation cases)

4-نتایج و بحث

1--4 نتایج دمایی محاسبه شده توسط مدل FE

2-4- مقایسه سیکلهای حرارتی

3-4- توزیع تنش پسماند جوشکاری

4-4- اعوجاج ناشی از جوشکاری

5-4- بحث

5-نتایج

1-مقدمه 

اتصال تیر-به-ستون یک جزء سازه‌ای حیاتی در ساختمانهای فولادی مرتفع است. برای دستیابی به بهره‌وری بالا، فرآیندهای جوشکاری با حرارت ورودی زیاد از قبیل فرآیند جوشکاری با سرباره الکتریکی (ESW) و جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW) برای وصل کردن اتصالات تیر-به-ستون کاربرد گسترده‌ای دارند. اما حرارت ورودی ESW نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری از قبیل جوشکاری قوسی فلز با گاز، جوشکاری قوسی با الکترود پوشش دار و جوشکاری قوسی توپودری بسیار بیشتر است. حرارت ورودی زیاد موجب تغییر قابل توجه ریزساختار و خواص مکانیکی به ویژه اندازه دانه و چقرمگی می‌شود. عموما اتصال ESW نزدیک به اتصالات تیر-به-ستون است که موقع دریافت یک بار دینامیکی مثل زمین‌لرزه، مقدار تنش و کرنش در آنجا بزرگ است.

از زمان وقوع زمین‌لرزه Hanshin-Awaji در سال 1995، توجه محققان به رفتار اسکلت فولادی ساختمانها در قبال زلزله، فزاینده بوده است. ضمنا استاندارد طراحی کنونی نسبت به گذشته، چقرمگی بیشتری را برای تیر-به-ستون ایجاب می‌کند. امروزه در ژاپن، چقرمگی لازم برای این نوع اتصال بر حسب انرژی جذب شده شارپی در 0˚C، کمتر از 70J نیست. در محل جوشکاری، مطالعاتی برای بررسی ارتباطات بین حرارت ورودی، دمای میان‌پاس و انرژی جذب شده شارپی در اتصالات معمول جوش سازماندهی شده و بانک اطلاعاتی وسیعی فراهم آمده است. اخیرا Kojima و همکارانش فرمولی را برای برآورد چقرمگی HAZ طبق ترکیب شیمیایی فولاد برای جوشهای سرباره الکتریکی ستونهای جعبه‌ای ساختمان پیشنهاد داده‌اند. آنها در تحقیق خود از یک شبیه‌ساز حرارتی برای مشابه‌سازی سیکلهای حرارتی HAZ ایجاد شده توسط ESW استفاده کردند و زمان  مربوط به HAZ در محدوده بین 300 تا 600 ثانیه کنترل شد.

از طرفی، فناوری شبیه‌سازی عددی بر اساس روش المان متناهی برای محاسبه سیکلهای حرارتی، تنش پسماند جوشکاری، تغییر شکل ناشی از جوشکاری و حتی ریزساختار و سختی کاربرد گسترده‌ای داشته است. تا آنجا که ما مطلعیم، مدلهای بسیار محدودی برای شبیه‌سازی فرآیند جوشکاری با سرباره الکتریکی توسعه یافته‌اند.... 

میتوانید از لینک ابتدای صفحه، مقاله انگلیسی را رایگان دانلود فرموده و چکیده انگلیسی و سایر بخش های مقاله را مشاهده فرمایید.