بررسی عددی و تجربی تاثیر ترتیب جوشکاری بر توزیع تنش پسماند در اتصال تیوب به تیوب شیت مبدل های حرارتی پوسته و لوله با چیدمان مثلثی

تنش های پسماند ناشی از جوشکاری نقش تعیین کننده ای در شروع ترک و کاهش قابلیت اطمینان مبدل های حرارتی پوسته و لوله، به ویژه در ناحیه اتصال تیوب به تیوب شیت، ایفا می کنند. با وجود مطالعات متعدد عددی در این حوزه، اثر هم زمان فاصله تیوب ها و ترتیب جوشکاری در چیدمان مثلثی تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. در این پژوهش، یک مدل عددی سه بعدی مبتنی بر تحلیل کوپل حرارتی-سازه ای برای پیش بینی توزیع تنش های پسماند در اتصالات تیوب به تیوب شیت توسعه داده شده است. فرایند جوشکاری قوسی تنگستنی با گاز محافظ با درنظرگیری یک پاس جوش گوشه ای محیطی مدل سازی شده و شار حرارتی قوس به صورت یک تابع گوسی وابسته به زمان، از طریق زیر برنامه اختصاصی در نرم افزار آباکوس اعمال گردیده است. نوآوری اصلی مدل ارائه شده، امکان بازتولید دقیق توالی های مختلف جوشکاری و بررسی اثر برهم نهی حرارتی و سازه ای ناشی از آن ها بر تنش های پسماند نهایی است. نتایج عددی نشان می دهد که تغییر ترتیب جوشکاری، بدون اعمال هیچ گونه عملیات تنش زدایی یا تغییر در پارامترهای فرایندی، می تواند منجر به بازتوزیع قابل توجه میدان تنش و کاهش تنش های پسماند کششی تا حدود ۹۷% در چیدمان مثلثی شود. برای اعتبارسنجی، توزیع دمایی حین جوشکاری به وسیله ترموگرافی مادون قرمز و تنش های پسماند با روش پراش اشعه ایکس اندازه گیری شده که تطابق مناسبی با نتایج عددی نشان می دهند. چارچوب عددی توسعه یافته می تواند به عنوان ابزاری کارآمد برای بهینه سازی ترتیب جوشکاری و افزایش عمر بهره برداری مبدل های حرارتی صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

تنش پسماند ، ترتیب جوشکاری ، شبیه سازی عددی ، تحلیل حرارتی-سازه ای