12566

12566

شبيه سازي عددي قوس و حوضچه ي جوشGTAW با گاز محافظ Ar-O2 بر روي فولاد زنگ نزن304

كارشناسي ارشد

مواد - انتخاب و شناسايي

بهمن 1392

بهمن 1392

دكتر سيد حسين سيدين

دكتر محمد تقي صالحي

چكيده هدف از اين تحقيق توسعه¬ي الگوريتمي بر اساس برنامه‌نويسي در نرم‌افزار فورترن به عنوان ابزاري جهت شبيه‌سازي دو بعدي قوس الكتريكي و حوضچه¬ي جوش در فرآيند GTAW با درصدهاي مختلفي از گازهاي آرگون-اكسيژن است. در اين پژوهش، ابتدا خواص ترموديناميكي (چگالي، انتالپي و ظرفيت گرمايي ويژه) پلاسماي آرگون-اكسيژن با استفاده از روابط ترموديناميك آماري و خواص انتقالي (ويسكوزيته، قابليت هدايت حرارتي و قابليت هدايت الكتريكي) بر اساس روش Chapman- Enskog (انتگرال‌هاي برخورد ذرات) در محدوده¬ي دمايي 500-30000 كلوين محاسبه گرديد، به منظور اطمينان از صحت نتايج به دست آمده، نتايج با داده‌هاي معتبر مقايسه گرديد. اختلاف بيشينه ميان نتايج محاسبه‌شده و نتايج منابع ديگر در تمامي موارد كم و در حدود 3% است. از داده‌هاي به دست آمده از محاسبه خواص، جهت مدل‌سازي دو بعدي در حالت پايا قوس الكتريكي ايجادشده در فرآيند GTAW تحت پوشش گاز آرگون-اكسيژن استفاده شد. نتايج به دست آمده با نتايج معتبر تجربي و نظري مقايسه گرديد. در نهايت با استفاده از داده‌هاي قوس الكتريكي، مدلي براي حوضچه¬ي جوش فولاد زنگ‌نزن 304 توسعه يافت. در اين مدل عوامل موثر بر جريان سيال همانند تنش برشي جت پلاسما، تنش سطحي مذاب در حوضچه¬ي جوش، نيروي شناوري و نيروي الكترومغناطيسي در نظر گرفته شد. نتايج نشان داد كه نمونه¬ي حاوي 5/0% اكسيژن بيش‌ترين مقدار (حوضچه عمق)/(حوضچه پهناي) را داراست. جهت تاييد مدل، هندسه¬ي حوضچه¬ي جوش محاسباتي و تجربي باهم مقايسه شدند. جهت تصحيح مدل، بر اساس مشاهدات شنپينگ لو، در نمونه‌هاي حاوي گازهاي پوشش با بيش از 5/0 درصد اكسيژن از تشكيل جريان مارانگوني ناشي از گراديان تنش سطحي مذاب صرف‌نظر شد. با توجه به نتايج مدل‌سازي مي‌توان گفت كه جريان جابجايي حاصل از نيروي گراديان تنش سطحي مذاب، عامل تعيين‌كننده¬ي هندسه¬ي حوضچه¬ي جوش در جوشكاري آرگون- اكسيژن فولاد زنگ‌نزن 304 است. واژه‌هاي كليدي: مدل‌سازي عددي، خواص ترموديناميك و انتقالي، جريان مارانگوني، تنش سطحي