وبلاگ

1-1- پیشگفتار
برای اتصال دو قطعه، روش­های مختلفی وجود دارد. مهم‌ترین این روش­ها استفاده از جوش، پیچ و پرچ است. در این میان استفاده از جوش در ساختمان­سازی بسیار رایج است. قدمت استفاده از جوش در ساخت اسکلت­­های فولادی شاید به 100 سال برسد. طی این سال­ها، پیشرفت­های قابل‌توجهی در شناخت جوش و توسعه فن­آوری مربوط به آن صورت گرفته است.
مهم‌ترین دلایل استفاده از جوش را می‌توان به طور خلاصه به صورت زیر بیان نمود:
1- برای اتصال دو قطعه به هم محدودیتی در ضخامت وجود ندارد.
2- سرعت بالای تولید.
3- استحکام بالا (ساختار یکپارچه).
4- اقتصادی بودن اتصال.
5- انعطاف­پذیری در طراحی جوش (تنوع فرایندهای جوشکاری و قابلیت انجام شدن دستی یا خودکار).
اما با در نظر گرفتن این مزایا فرایند جوشکاری دارای معایب زیر است:
1- اتصال دایمی بوده و امکان جداسازی قطعات وجود ندارد.
2- نیاز به بازرسی.
3- نیاز به مهارت در روش­های دستی و تجهیزات گران­قیمت در روش­های خودکار.
اما مهم‌ترین عیب در یک قطعه جوشکاری شده، تولید تنش و تغییر شکل پسماند[1] در قطعه است. در عملیات جوشكاری، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هایی در آن باقی می‌ماند كه به آن‌ ها تنش‌های پسماند می‌گویند. این تنش‌ها و همچنین تغییر شکل‌های ناخواسته ناشی از جوشكاری، مهم‌ترین عواملی هستند كه باعث ضعیف شدن اتصالات جوش و ناكارایی آن‌ ها در تحمل طولانی مدت بارها، شده‌اند. از این رو، مهندسین علاقمند به دانش كاملی از توزیع تنش‌های پسماند در سرتاسر جوش، روش‌های تغییر دادن آن و نیز انتخاب روند جوشكاری مناسب كه بتواند تنش‌های پسماند را به حداقل ممكن كاهش دهد، هستند ]1[.
روش‌های تجربی اندازه‌گیری تنش‌های پسماند جوشكاری علاوه بر گران‌قیمت بودن در بعضی از موارد مستلزم عملیات سوراخ‌کاری و یا مقطع زنی در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌های ایجادشده و یا در بلوک‌های جداشده به دست می‌دهند. پیشرفت روش‌های تجربی نا­مخرب اگرچه توانست تا حدودی این کاستی‌ها را جبران كند، ولی نمی‌تواند جوابگوی تمامی مشكلات باشد. به همین دلیل نیاز بیش­تری به روش‌های تحلیلی احساس می‌شود.
با وجود این معضلات، جوشکاری هنوز به عنوان بهترین روش اتصال قطعات مورد استفاده قرار می‎گیرد. از همین ­رو، در زمینه رفتار جوش در موارد گوناگون مطالعه شده و استانداردهای مناسبی ارائه گردیده است و از این استانداردها به طور جدی در طراحی و اجرای اتصالات جوش استفاده می­ شود و می‌توان از مشکلات به وجود آمده در قطعات جوشکاری شده پیشگیری نمود.
2-1- مبانی جوشکاری
1-2-1- تعریف جوش
بر اساس استاندارد ANSI/AWS A3.0-89 که مشتمل بر تعریف­ها و عبارت­های استاندارد جوشکاری است، جوشکاری عبارت است از یک فرایند اتصال­دهی که یک ماده یکپارچه را به وسیله حرارت­دهی تا دمای جوش، با اعمال فشار و یا بدون آن و با بهره گرفتن از ماده پرکننده و یا بدون استفاده از آن، تولید می­ کند.
یک قطعه جوشکاری شده شامل 3 ناحیه فلز پایه، فلز جوش و ناحیه متأثر از حرارت بوده که در شکل 1-1 نشان داده شده است.
2-2-1- انواع اتصالات جوشی
در شکل 1-2 انواع اتصالات جوشی نشان داده شده است. این اتصالات عبارتند از:
الف– اتصال لب به لب.

ب– اتصال پوششی (روی‌هم).
پ– اتصال گوشه.
ت– اتصال سپری.
ث– اتصال پیشانی.
3-2-1- انواع جوش
انواع اتصالات را می‌توان به روش‌های متفاوتی جوشکاری نمود. در شکل 1-3 انواع جوش نشان داده شده است که عبارت‌اند از:
الف– جوش شیاری [1].
ب– جوش گوشه[2].
پ–  جوش کام.
ث–  جوش انگشتانه.
 دو نوع جوش شیاری از نوع لب­به­لب[3] و جوش گوشه پر کاربردترین جوش­ها می­باشند. کاربرد جوش کام و انگشتانه به موارد خاص محدود می­ شود.
4-2-1- جوش شیاری
 برای اتصال دو لبه به صورت لب­به­لب از جوش شیاری استفاده می­ شود. در صفحات نازک (ضخامت کمتر از 3 میلی‌متر) احتیاجی به آماده ­سازی لبه­ها نیست؛ اما در صفحات ضخیم برای نفوذ کامل جوش احتیاج به آماده ­سازی لبه­های قطعه کار است. جوش شیاری می ­تواند به دو صورت یک طرفه و دو طرفه انجام شود. در شکل 1-4 انواع آماده ­سازی لبه نشان داده شده است.
3-1- جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش‌دار
در این روش گرمای مورد نیاز برای جوشکاری از قوس الکتریکی به وجود آمده بین الکترود و قطعه کار حاصل می­ شود. نوک الکترود، حوضچه­ی جوش مذاب، قوس و موضع جوش بر روی قطعه کار توسط گاز محافظ حاصل از تجزیه و احتراق پوشش الکترود محافظت می­ شود؛ اما محافظت حاصل از این گاز، نسبت به روش‌های GTAW و GMAW به خاطر عدم جریان مناسب گاز محافظ، کامل نبوده و محافظت اضافی از حوضچه­ی مذاب توسط سرباره­ی مذاب انجام می­ شود.
تجهیزات مورد استفاده در این روش منبع تغذیه، انبر جوشکاری، کابل­های اتصال و الکترود است. الکترود­های مورد استفاده در این روش دارای ترکیب­های شیمیایی بسیار متفاوت از مغزه­ی فولادی و هم­چنین انواع بسیار متنوعی از نظر وزن و جنس روکش می­باشند. ضخامت قطعه، وضعیت جوشکاری و نوع اتصال، تعیین‌کننده قطر الکترود می­باشند. فرم کلی نام­گذاری الکترودها به صورت EXX(X)XX است. حرف E نشان‌دهنده‌ی الکترود است، دو (یا سه) رقم اول نشان‌دهنده‌ی حداقل استحکام کششی فلز جوش بر حسب ksi (کیلوپوند بر اینچ­مربع)، رقم بعدی نشان‌دهنده‌ی وضعیت جوشکاری است، رقم 1 مناسب برای جوشکاری در تمام وضعیت­ها، 2 برای جوشکاری در وضعیت­های تخت و افقی و 4 برای کلیه حالت­ها به جز عمودی سر بالا است. رقم آخر به جنس پوشش و قابلیت به‌کارگیری آن بستگی دارد، هم­چنین نوع جریان قابل‌استفاده را مشخص می­ کند. تجهیزات مورد استفاده در این روش در شکل 1-5 نشان داده شده است ]2[.
4-1- ساماندهی پایان نامه
در این پایان نامه به فرایند جوشکاری، تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری و بررسی اثر تنش­های پسماند در صفحات دارای بازشو و سخت­کننده پرداخته می­ شود. فصل اول به معرفی جوش، اتصالات جوشی و روش‎های جوشکاری اختصاص دارد. در فصل دوم، نحوه استخراج معادلات حاکم بر رفتار حرارتی و مکانیکی جوش و علل شکل­ گیری تنش‌ها و تغییرشکل­های پسماند در فرایند جوشکاری تشریح می­گردد. در فصل سوم، پیشینه تحقیق در مورد جوشکاری، تنش­ها و تغییرشکل­های پسماند ناشی از آن مورد بررسی قرار می­گیرد. در فصل چهارم، چگونگی مدل­سازی فرایند جوشکاری، راستی­آزمایی و نحوه استخراج تنش‌های پسماند با بهره گرفتن از نرم­افزار ANSYS شرح داده می­ شود. در فصل پنجم، ابتدا به تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو پرداخته می­ شود و در ادامه، اثر تنش­های پسماند بر رفتار این صفحات مورد تحلیل و بررسی قرار می­گیرد. در فصل ششم به تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای سخت­کننده پرداخته می­ شود. در فصل هفتم، نتیجه ­گیری و پیشنهاد برای پژوهش­های آینده آورده می­ شود.
فصل دوم: تحلیل حرارتی و مكانیكی جوش
1-2- پیشگفتار
برای مدل‌سازی یک جوش دو روش وجود دارد. اولین روش، كوپل مستقیم است كه در آن برای مدل كردن جوش از یک جزء که توانایی تحلیل حرارتی و مكانیكی را به صورت توأم دارد، استفاده‌ می­ شود. روش دوم روش غیر كوپل است که در آن دو تحلیل جداگانه صورت می‌پذیرد. ابتدا یک مدل حرارتی ایجاد شده و یک تحلیل انتقال حرارت انجام می‌شود. چون گرمایش در فرایند جوشكاری موقتی است و محل و مقدار این گرما با توجه به زمان تغییر می‌کند، لذا این تحلیل حرارتی باید یک تحلیل گذرا باشد و چون مقادیر داده‌های مسئله با توجه به تغییرات حرارتی در قطعه تغییر می‌کنند، لذا تحلیل حرارتی مذكور یک تحلیل ناخطی است. از این تحلیل، تاریخچه دمایی تعیین می‌گردد. مدل دوم كه از نتایج تاریخچه دمایی به دست آمده از تحلیل اول به عنوان بار حرارتی استفاده می‌کند، یک تحلیل مكانیكی است كه تنش‌های پسماند و تغییرشکل‌های ناشی از جوش را به دست می‌دهد.
در این فصل به مبانی تحلیل حرارتی و مکانیکی پرداخته می‌شود.
2 Groove weld
3 Fillet weld
4 Butt weld
1 Residual