شبیه سازی عددی و اعتبارسنجی آزمایشگاهی تحولات حرارتی و اعوجاج ایجاد شده در حین جوشکاری پرتو الکترونی روی ورق از جنس آلیاژ Ti-6Al-4V

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس بخش تحقیق و توسعه شرکت ماهان صنعت نوید تهران، تهران، ایران

2 کارشناس آزمایشگاه مواد پیشرفته و نانوتکنولوژی، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

10.22076/me.2019.100621.1227

چکیده

جوشکاری پرتو الکترونی (EBW) یک روش جوشکاری با بازدهی و دقت بالا است که کاربرد آن در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هواپیمایی و هوافضا به شدت رو به افزایش است. شبیه‏ سازی فرآیند جوشکاری پرتو الکترونی با هدف پیشبینی تنش باقی‏مانده در قطعه کار و آنالیز پروفیل‏ های دمایی و تنشی حین فرآیند جوشکاری، به جهت امکان مهندسی جوش و پیشبینی شرایط بهینه، همواره مورد توجه محققین بوده است. در این پژوهش مدل المان محدود جوشکاری پرتو الکترونی به صورت سه‏ بعدی آماده شده و بر روی نرمافزار Abaqus بارگذاری شده است. این مدل شامل برهمکنش های حرارتی، مکانیکی و پدیده های متالورژیکی است. آنالیز حرارتی به صورت یکطرفه با آنالیز مکانیکی کوپل شده است. منبع حرارتی مورد استفاده، منبع حرارتی ترکیبی است که با استفاده از سابروتین و کدنویسی به زبان فورترن به آباکوس متصل شده است. جوشکاری در محیط خلاء بوده و اتلاف حرارت ناشی از هدایت حرارتی و تابش، در قسمت های مختلف بعنوان شرایط مرزی بر مدل اعمال شده است. قطعه کار از جنس آلیاژ Ti-6Al-4V بوده و خواص حرارتی و مکانیکی وابسته به دما تعریف شده است. تغییرات دمایی حین جوشکاری و تنش باقی‏مانده فلز پایه که از شبیه سازی عددی بدست آمده است با نتایج ثبت شده در بررسی های عملی قابل مقایسه بوده و تطابق قابل قبول حاصل شده که دقت مدل منبع حرارتی ترکیبی مورد استفاده در این پژوهش جهت مدل‏سازی جوشکاری پرتو الکترونی را نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation and experimental validation of thermal evolutions and welding-induced distortion of EBW in a plate of Ti-6Al-4V

نویسندگان [English]

  • Masoud Mehrabi Mehdiabadi 1
  • Mahdi Talebipour 2
1 Expert of R & D department of Mahan Sanat Navid Company of Tehran, Tehran, Iran
2 Expert of Advanced Materials and Nanotechnology Laboratory, Faculty of Materials Science and Engineering, Khaje Nasir Al-Din Tusi University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Electron Beam Welding (EBW) is a high-efficiency, high-precision welding method that its application is increasing rapidly in various industries, including car manufacturing, aviation and aerospace. The simulation of the electron beam welding process with the aim of predicting the residual stress in the work piece and analyzing the temperature and stress profiles during the welding process has always been of interest to the researchers for the purpose of welding engineering and prediction of optimal conditions. In this research, the Finite Element Method (FEM) model of electron beam welding was prepared in 3D and loaded on the Abaqus software. This model includes thermal and mechanical interaction, and metallurgical phenomena. The thermal analysis is unilaterally coupled with mechanical analysis. The heat source that is used is a combined heat source that is attached to Abaqus using the subroutine and the Fortran coding. Welding is in a vacuum environment and the thermal dissipation due to thermal conductivity and radiation is applied in different parts as boundary conditions on the model. The workpiece is made of Ti-6Al-4V alloy and has thermal and mechanical properties which are defined dependent on temperature. The temperature variations during welding and the residual stress of the base metal which is obtained from the numerical simulation are comparable to the results recorded in the practical studies and an acceptable adaptation was made that shows the accuracy of the combined heat source model used in this research for modeling of electron beam welding.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simulation
  • electron beam welding (EBW)
  • heat source modeling

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 09 تیر 1398
  • تاریخ دریافت: 11 دی 1397
  • تاریخ بازنگری: 02 تیر 1398
  • تاریخ پذیرش: 21 خرداد 1398