شبیه‌سازی اجزا محدود انتقال حرارت در فرآیند جوشکاری سرباره الکتریکی

Abstract

جوشکاری سرباره الکتریکی یک روش اتصال دهی قطعات ضخیم است که حرارت ورودی بیشتری نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری دارا است. این ویژگی باعث تغییرات چشم‌گیر در ریز ساختار و خواص مکانیکی، به خصوص اندازه دانه و چقرمگی می‌شود. بنابراین این اتصالات زمانی که تحت بارهای دینامیکی و زلزله قرار می‌گیرند، بسیار آسیب پذیرند. با توجه به اهمیت ذکر شده، در این پژوهش ابتدا یک مدل اجزا محدود جهت حل مسئله انتقال حرارت حین جوشکاری سرباره الکتریکی ارائه می‌شود. به دلیل پیچیدگی‌های فر‌آیند امکان انجام تمام شبیه‌سازی با منوهای نرم افزار وجود ندارد، بنابراین بخش اعظم شبیه سازی با زبان طراحی پارامتریک نرم افزار انسیس نوشته می‌شود. در مدل اجزا محدود، منبع حرارتی به صورت یک شار حرارتی حجمی با دانسیته یکنواخت فرض می‌شود و با لحاظ کردن تقارن صفحه ای و مدل‌سازی نیمی از نمونه جوشکاری، سهولت حل مسئله انتقال حرارت به شکل چشمگیری افزایش می‌یابد. سپس صحت مدل مذکور به کمک آزمایش‌های تجربی و ارزیابی اندازه حوضچه جوش سنجیده ﻣﻲشود. در گام بعد، از مدل صحه‌گذاری شده جهت بررسی رفتار حرارتی سیستم و نحوه توزیع دما به عنوان تابعی از متغیرهای شدت جریان، ولتاژ و سرعت جوشکاری استفاده ﻣﻲشود. مدل اجزا محدود به درستی رابطه حرارت ورودی، متغیرهای فرایند، خواص مواد و درجه حرارت سرباره را نشان می‌دهد. همچنین مقایسه ابعاد حوضچه جوش مدل‌سازی شده و حقیقی ثابت می‌کند که حداکثر اختلاف کمتر از 13 درصد است.