فهرست مطالب
عنوان                                                                           صفحه

 
فصل اول- مقدمه
1
1-1 پیش­گفتار
1
 
1-2 مبانی جوشکاری
3
 
1-2-1 تعریف جوش
3
 
1-2-2 انواع اتصالات جوشی
3
 
1-2-3 انواع جوش
4
 
1-2-4 جوش شیاری
5
 
1-3 جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش­دار
6
 
1-4 ساماندهی پایان­نامه
7
 
 
 
فصل دوم- تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش
8
 
2-1 پیش­گفتار
8
 
2-2 تحلیل حرارتی
9
 
2-2-1 منبع حرارتی
12
 
2-2-1-1 بازده منبع حرارتی
12
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2-2-1-2 شار حرارتی ناشی از قوس جوشکاری
13
 
2-2-1-3 نرخ تولید گرما
17
 
2-2-2 خواص ماده در تحلیل حرارتی
18
 
2-2-3 تغییر فاز
18
 
2-2-4 شرایط مرزی
21
 
2-2-4-1 اتلاف حرارت جابجایی
21
 
2-2-4-2 انتقال حرارت تشعشعی
22
 
2-2-4-3 شار حرارتی
22
 
2-2-5 نتایج تحلیل حرارتی
23
 
2-3 تحلیل مکانیکی
24
 
2-3-1 روش تحلیل ناخطی در روش اجزای محدود
25
 
2-3-1-1 روش نیوتن- رافسون
26
 
2-3-2 خواص ماده در تحلیل مکانیکی
28
 
2-3-3 نتایج تحلیل مکانیکی
29
 
2-4 تنش­های ناشی از جوشکاری
        29
 
 
 
 
 
فصل سوم- تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری (مبانی نظری و تاریخچه)
33
3-1 پیش­گفتار
33
 
3-2 تنش­های پسماند طولی ناشی از جوشکاری
35
 
 
 
 
 
 
 

3-3 تنش‌های پسماند عرضی ناشی از جوشکاری
40
 
3-4 روش­های تعیین تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری
44
 
3-5 بررسی تاریخچه تأثیر توالی یک جوش بر تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری
49
 
3-5-1 تاریخچه تحلیل حرارتی
51
 
3-5-2 تاریخچه تحلیل مکانیکی
52
 
3-5-3 نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی
52
 
3-5-4 مقایسه نتایج
54
 
3-6 نتایج شبیه­سازی تنش پسماند ناشی از جوشکاری
56
 
3-7 تأثیر جهت جوشکاری بر تنش پسماند در جوشکاری چند پاسه (یک شیاره)
59
 
3-8 تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری برای ورق ضخیم با شیار V شکل دو طرفه
61
 
 
 
فصل چهارم- مدل­سازی فرآیند جوشکاری در ANSYS
70
 
4-1 پیش­گفتار
70
 
4-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل
70
 
4-2-1 هندسه قطعه­ کار
70
 
4-2-2 خواص مواد
71
 
4-2-3 مشخصات منبع حرارتی
72
 
4-3 تحلیل حرارتی
72
 
4-3-1 جزء حرارتی
73
 
 
 
 
 
 

4-3-2 روش تولد و مرگ اجزاء
75
4-3-3 نتایج تحلیل حرارتی
77
4-4 تحلیل مکانیکی
79
4-4-1 جزء مکانیکی
80
4-4-2 مدل­سازی تنش­های پسماند
80
4-4-2-1 اثرات شبکه­بندی بر نتایج تنش پسماند
81
4-4-2-2 تنش­های پسماند طولی
83
4-4-2-3 تنش­های پسماند جانبی
84
 
 
فصل پنجم- صفحات دارای بازشو
86
5-1 پیش­گفتار
86
5-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل
86
5-2-1 هندسه قطعه کار
86
5-2-2 خواص مواد
87
5-3 تحلیل حرارتی
87
5-4 تحلیل مکانیکی
91
5-5 تأثیر ابعاد صفحه بر تنش­های پسماند
93
 
 
فصل ششم- صفحات دارای سخت­کننده
96
 
 
 
 

6-1 پیش­گفتار
96
 
6-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل
96
 
6-2-1 هندسه قطعه کار
96
6-2-2 خواص مواد
97
6-3 تحلیل حرارتی
97
6-4 تحلیل مکانیکی
101
6-5 تأثیر ابعاد صفحه بر تنش­های پسماند
102
6-6 تأثیر ابعاد سخت­کننده­ها بر تنش­های پسماند
103
6-7 تأثیر فاصله سخت­کننده از محور جوش بر تنش­های پسماند
106
6-7-1 هندسه قطعه کار
106
6-8 صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده
109
6-8-1 تحلیل حرارتی
110
6-8-2 تنش­های پسماند در صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده
/>111
 
 
فصل هفتم– نتیجه­گیری و پیشنهاد برای ادامه پژوهش
112
7-1 پیش­گفتار
112
7-2 نتایج
113
7-3 پیشنهاد برای ادامه پژوهش
114
مراجع
115
 
 
 
 
 
فهرست شکل­ها

شکل
صفحه
شکل 1-1 نواحی تشکیل‌دهنده جوش
3
شکل 1-2 انواع اتصالات جوشکاری
4
شکل 1-3 انواع جوش مورد استفاده در اتصالات
5
شکل 1-4 انواع آماده­سازی لبه
5
شکل 1-5 جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش­دار
6
شکل 2-1 پروفیل گوسی متحرک در حین جوشکاری
14
شکل 2-2 تغییر خواص فولاد نرمه معمولی نسبت به دما
18
شکل 2-3 نمودار آنتالپی– دما برای یک ماده آلیاژی
20
شکل 2-4 روش حل مرحله­ای – تکراری برای مسائل ناخطی
25
شکل 2-5 روش طول قوس برای حل مسائل با هندسه ناخطی
26
شکل 2-6 مراحل روش نیوتن- رافسون
28
شکل 2-7 تنش‌های پسماند ثبت ‌شده روی چند ذره فلزی
30
شکل 3-1 مثال­هایی از توزیع تنش‌های طولی ناشی از جوشکاری
36
شکل 3-2 منحنی خصوصیات انبساطی
37
شکل 3-3 نمایش سه­­ بعدی از توزیع تنش‌های پسماند طولی ناشی از جوشکاری
38
شکل 3-4 تأثیر طول نمونه جوشکاری
39
 

شکل 3-5 تنش­های پسماند عرضی ناشی از جوشکاری یک پاسه
42
 
شکل 3-6 نمایش سه­ بعدی از توزیع تنش­های پسماند عرضی
43
 
شکل 3-7 تنش­های پسماند عرضی در راستای عمق ضخامت
44
 
شکل 3-8 مدل دو بعدی جریان انتقال حرارت
45
 
شکل 3-9 هندسه قطعه کار و مدل سه بعدی قطعه کار در نرم­افزار
46
 
شکل 3-10 اتصال سپری
46
 
شکل 3-11 تغییرشکل جسم پس از جوشکاری
47
 
شکل 3-12 سطح مقطع جوش و مدل‌سازی شده در نرم­افزار
47
 
شکل 3-13 تاریخچه دمایی برای چند نقطه بر روی سطح داخلی
48
 
شکل 3-14– الف توزیع تنش پسماند طولی در سطح داخلی
48
 
شکل 3-14– ب توزیع تنش پسماند شعاعی در سطح داخلی
48
 
شکل 3-15– الف توزیع تنش پسماند طولی در سطح بیرونی
49
 
شکل 3-15– ب توزیع تنش پسماند شعاعی در سطح بیرونی
49
 
شکل 3-16 طرح اتصال برای جوش محیطی در استوانه  
50
 
شکل 3-17 توالی جوشکاری برای حالت 1 (3 پاسه) و حالت 2 (8 پاسه)
50
 
شکل 3-18 منحنی به کار رفته جهت حرارت ورودی (کل زمان = T)
51
 
شکل 3-19 نمودار حرارت در برابر زمان برای حالت 1
52
شکل 3-20 نمودار حرارت در برابر زمان برای حالت 2
53
شکل 3-21 مقادیر تنش‌های پسماند برای هر دو حالت 1 و 2
53
 

شکل 3-22 نتایج تغییر شکل­های محوری برای هر دو حالت 1 و 2
54
شکل 3-23 نتایج به دست برای تغییرات حرارتی نسبت به زمان در فاصله 7/12 میلی­متر از خط نزدیکی جوش روی سطح داخلی لوله بعد از آخرین پاس (برای حالت 1)
55
شکل 3-24 نتایج به دست آمده توسط 6 سازمان برای تنش‌های عرضی در سرتاسر ضخامت روی خط مرکزی جوش بعد از آخرین پاس (برای حالت 1)
56
 
شکل 3-25 جهت‌های جوشکاری
57
 
شکل 3-26 توزیع تنش‌های معادل در مرکز جوش
58
 
شکل 3-27 مش­بندی صفحه
60
 
شکل 3-28 توزیع تنش‌های معادل در مقطع مرکزی جوش
60
 
شکل 3-29 توزیع تنش‌های پسماند طولی در مقطع مرکزی جوش
60
 
شکل 3-30 ابعاد نمونه شبیه‌سازی بر حسب میلی‌متر
62
 
شکل 3-31 مش­بندی برای جوش V شکل دو طرفه
62
 
شکل 3-32 تقسیم‌بندی لایه­ها
62
 
شکل 3-33 توزیع تنش‌های معادل
63
 
شکل 3-34 توزیع تنش‌های پسماند عرضی
63
 
شکل 3-35 توزیع تنش‌های پسماند طولی
64
 
شکل 3-36 توزیع تنش‌های معادل در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش
64
 
شکل 3-37 توزیع تنش‌های عرضی در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش
65
 
شکل 3-38 توزیع تنش‌های طولی در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش
66
 
 

شکل 3-39 مقایسه نتایج آزمایشگاهی با شبیه­سازی (تنش‌های پسماند عرضی)
66
شکل 3-40 مقایسه نتایج آزمایشگاهی با شبیه­سازی (تنش‌های پسماند طولی)
67
شکل 3-41 مقایسه­ تنش‌های عرضی بین لایه­های هم­جهت و لایه­های معکوس
68
شکل 4-1 مشخصات قطعه کار مدل شده
71
شکل 4-2 مدل جزء محدود صفحه در نرم­افزار ANSYS
73
شکل 4-3 هندسه جزء SOLID90
74
شکل 4-4 توزیع دما و جهت جوشکاری
77
شکل 4-5 تاریخچه دمایی سه نقطه از مقطع میانی صفحه
78
شکل 4-6 دمای گره­های مدل در زمان 16 ثانیه
79
شکل 4-7 جزء  SOLID186
80
شکل 4-8 سه شبکه­بندی مورد تحلیل
82
شکل 4-9 توزیع تنش­ پسماند طولی در مقطع میانی صفحه
83
شکل 4-10 توزیع تنش پسماند طولی بر روی محور جوش
84
شکل 4-11 توزیع تنش­ پسماند جانبی در مقطع میانی صفحه
85
شکل 4-12 توزیع تنش پسماند جانبی بر روی محور جوش
85
شکل 5-1 مشخصات قطعه کار مدل شده
87
شکل 5-2 مدل اجزاء محدود صفحه و توالی جوشکاری
88
شکل 5-3 توزیع دما و جهت جوشکاری
88
شکل 5-4 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع ابتدایی صفحه
89
 

شکل 5-5 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع میانی صفحه
89
شکل 5-6 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع انتهایی صفحه
89
شکل 5-7 تاریخچه دمایی 5 نقطه روی محور جوش در مقاطع مختلف صفحه
90
شکل 5-8 دمای گره­های مدل در زمان 125 ثانیه
91
شکل 5-9 توزیع تنش پسماند جانبی در راستای X
92
شکل 5-10 توزیع تنش پسماند جانبی در راستای Y
92
شکل 5-11 توزیع تنش پسماند طولی در راستای Z
93
شکل 5-12 توزیع تنش پسماند فون مایزز در صفحه
94
شکل 5-13 توزیع تنش طولی در چند مقطع میانی از صفحه
94
شکل 6-1 مشخصات قطعه کار
97
شکل 6-2 مدل اجزای محدود صفحه دارای سخت­کننده
98
شکل 6-3 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده
98
شکل 6-4 تاریخچه دمایی در مقطعmm  Y=0 صفحه با سخت­کننده
99
شکل 6-5 تاریخچه دمایی در مقطعmm  Y=200 صفحه با سخت­کننده
99
شکل 6-6 تاریخچه دمایی در مقطع Y=400 Mm صفحه با سخت­کننده
99
شکل 6-7 تاریخچه دمایی 5 نقطه روی محور جوش در مقاطع مختلف صفحه
100
شکل 6-8 گرادیان حرارتی در مقطعY=200 Mm  بر حسب فاصله از محور جوش
101
شکل 6-9 سه مقطع مورد تحلیل در صفحه
102
شکل 6-10 تنش پسماند در مقطع Y=200 Mm صفحه در جهت Y
102
 

شکل 6-11 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7
104
شکل 6-12 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 10
104
شکل 6-13 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12
104
شکل 6-14 مقایسه تنش­های پسماند صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12
در دو راستای X و Y در Y=200 Mm
105
شکل 6-15 مشخصات قطعه کار
106
شکل 6-16 مدل اجزای محدود صفحه دارای سخت­کننده با فواصل مختلف از محور جوش
107
شکل 6-17 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده با فواصل مختلف از محور جوش
108
شکل 6-18 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با فواصل مختلف
109
شکل 6-19 مدل اجزای محدود صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده
110
شکل 6-20 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده و بازشوی مربعی
110
شکل 6-21 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7 و بازشو دایروی و مربعی با نسبت سطح بازشو به سطح کل 1/0
111
 
 
فهرست جدول­ها