تجزیه و تحلیل عددی عوامل موثر بر توزیع حرارتی و تنش پسماند جوشکاری لیزر Nd:YAG ضربانی فولاد زنگ نزن آستنیتی ۳۱۶L

در این پژوهش، از ورق فولاد زنگ نزن آستنیتی ۳۱۶L با ضخامت ۱ میلی متر برای انجام آزمایش استفاده شد. فرایند تجربی جوشکاری توسط دستگاه جوش لیزر ضربانی Nd:YAG و فرایند شبیه سازی جوشکاری توسط نرم افزار SYSWELD و مدل سه بعدی برای تحلیل ترمودینامیکی و مکانیکی انجام شد. نتایج شبیه سازی تطابق بالای ۹۰ درصد را با نتایج تجربی نشان داد. تجزیه و تحلیل داده های تجربی و عددی نشان داد که در ولتاژ ثابت ۴۴۰ ولت، با کاهش سرعت جوشکاری از ۲ به ۰.۵ میلی متر بر ثانیه، میزان همپوشانی ضربان ها  از %۶۷ به %۹۳ و چگالی توان بیشینه متوسط (EPPD) از  ۵۹۶۳ به ۲۱۸۳۱ وات بر میلی متر مربع افزایش یافت و با افزایش ولتاژ از ۴۴۰ به ۴۸۰ ولت در سرعت ثابت ۱ میلی متر بر ثانیه، حرارت ورودی از ۱۱۴ به ۱۳۸ ژول بر میلی متر و عمق جوش از ۰.۵۶ به ۰.۶۶ میلی متر افزایش پیدا کرد. ساختار فلز جوش به واسطه سرعت انجماد بالا دانه ریزتر از فلز پایه شد (%۶۳ کاهش اندازه دانه). در فلز جوش دو فاز آستنیت و فریت مشاهده شد و حالت انجماد نیز به صورت FA پیشبینی شد. با افزایش سرعت جوشکاری از mm/sم۰.۵ به mm/sم۲ در ولتاژ ثابت ۴۴۰ ولت، بیشینه تنش پسماند کششی از ۹۶ به MPa ۲۶۰ به واسطه کاهش همپوشانی ضربان ها (از %۹۳ به %۶۷)، توزیع غیریکنواخت حرارت در قطعه و ایجاد تنش های حرارتی، افزایش یافت. همچنین افزایش ولتاژ جوشکاری از ۴۴۰ به ۴۸۰ ولت در سرعت ثابت mm/sم۱، باعث افزایش بیشینه تنش پسماند کششی از ۱۲۴ به ۱۵۲ مگاپاسکال شد. بیشینه سختی فلز جوش با افزایش سرعت جوشکاری از ۱۸۰ به ۲۱۵ ویکرز به دلیل جلوگیری از نفوذ کربن و افزایش نرخ رشد افزایش یافت. با افزایش ولتاژ جوشکاری و افزایش حرارت ورودی (از ۵۷ به ۶۹ ژول بر میلی متر) سختی از ۲۲۵ به ۲۱۵ ویکرز به دلیل کاهش شیب حرارتی و رشد دانه ها  کاهش یافت.

کلیدواژه ها:

Residual stress ، pulsed laser welding ، ۳۱۶L austenitic stainless steel ، Finite Element Method. ، تنش پسماند ، جوشکاری لیزر ضربانی ، فولاد زنگ نزن آستنیتی ۳۱۶L ، روش المان محدود (FEM).