بررسی عددی اثر پوشش دهی جوشی بر تنش های پسماند ناشی ازجوشکاری محیطی لوله های فولادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

یکی از رو ش ­های کاهش تنش­ های پسماند در جوشکاری لوله، پوشش دهی سطح خارجی لوله به وسیله جوشکاری است. در این تحقیق ابتدا یک مدل اجزا محدود جهت شبیه سازی فرایند جوشکاری محیطی دو لوله فولادی با در نظر گرفتن تغییرات فازی در نرم افزار سیسولد، توسعه یافته است و با استفاده از نتایج به دست آمده از روش کرنش سنجی سوراخ صحه گذاری شده است. سپس با استفاده از تحلیل اجزا محدود به بررسی اثر استفاده از پوشش­ های ایجاد شده با سه نوع الکترود جوشکاری مختلف بر تنش ­های پسماند ایجاد شده بر روی سطح داخلی لوله ها پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که پوشش ایجادشده با الکترود ER70s باعث افزایش تنش­های محوری و محیطی بر روی سطح داخلی لوله می ­شود، الکترودهای ER304 و IN600 باعث کاهش تنش­ های پسماند محیطی بر روی سطح داخلی می ­شود و با افزایش انرژی جوش به عنوان یک عامل تأثیرگذار این تنش ­ها در ناحیه پوشش داده شده به حالت فشاری تبدیل می ­شوند. همچنین تنش­های محوری حاصل از این دو الکترود بر روی سطح داخلی لوله در انرژی جوش پایین از مقادیر تنش نمونه بدون پوشش بیشتر می باشد، با افزایش انرژی جوش مقدار این تنش­ها هم کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Study of Overlay Welding Effects on Residual Stresses in Girth Welded Steel Pipes

نویسندگان [English]

  • M. Hemmat zadeh
  • H. Moshayedi
  • I. Sattari-Far
Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The overlay of the outer surface of a pipe by welding is one of the ways to decrease the residual stress. In this research, a finite element model by considering phase transformation effect is developed in the SYSWELD software for the simulation of circumferential welding process of two API X65 steel pipes. This model is validated using a hole drilling method. Then, the effect of overlay welding created by three types of welding filler on the residual stress is investigated. The results show that the overlay welding created by ER70s filer increases axial and hoop stresses. But ER304 and IN600 fillers cause reduction of hoop residual stresses. The stresses at the covered area are compressed because of the increase in heat input as an effective factor. Also, axial stresses due to these filers at low weld energy are greater than sample stress without a cover. However, the value of this stresses decreases when the weld energy increases. Thus, the proportional stress level can be obtained in the pipe using the overlay with filers of ER304 and IN600 associated with a high heat input and by selecting suitable overlay dimensions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Residual stress
  • Girth Welding
  • Overlay
  • Finite element model
  • API X65 Steel
 
[1] V. Karimnia, Investigating the influence of effective parameters on the residual stresses in circumferentially arc welded thin walled cylinders of aluminum alloy series, Modares Mechanical Engineering, 15(3) (2015) 10.
[2] S. Thomas, Analysis of Low Transformation Temperature Welding (LTTW) consumables distortion control and evolution of residual stresses, PHD Thesis, University of Colorado (2013).
[3] F. Fredette, An Analytical Evaluation of the Effect of Weld Sequencing on Residual Stresses Produced by Full Structural Weld Overlays on Pressurized Water Reactor Primary Cooling Piping, ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference, 10 (2009) 6.
[4] R. Liu, Welding residual stress analysis for weld overlay on a BWR feed water nozzle, Nuclear Engineering and Design, 11(2) (2013) 12.
[5] P. Dong, Effects of Repair Weld Length on Residual Stress Distribution, ASME Conference, 124 (2002) 7.
[6] F. Iwamatsu, effect of weld overlay repair on residual stress and crack propagation in a welding pipe, ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference, (2007) 5.
[7] H. Yen, L. Chen,1996, Residual Stress Measurement in 304 Stainless Steel Weld Overlay Pipes, Journal of Engineering Materials and Technology, 118 (1996) 5.
[8] J. Sung Kim, Investigation on the effects of geometric variables on the residual stresses and PWSCC growth in the RPV BMI penetration nozzles, Journal of Mechanical Science and Technology, (2015) 11.
[9] Y.L. W. Jiang, B.Y. Wang,, Residual stress reduction in the penetration nozzle weld joint by overlay welding, Journal of Materials and Design, (2015) 15.
[10] T. Zhang, D. Rudland,, Weld-Overlay Analyses – An Investigation of the Effect of Weld Sequencing, ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference, (2008) 7.
[11] ESI Group, User Manual, (2012).
[12] SYSWELD, Reference Manual, (2014).
[13] J. Goldak, M. Bibby, A new finite element model for welding heat sources, Metallurgical transactions, 15 (1984) 6.
[14] M. Ivanov M.A., The Metodology of Calculation of Geometric size of the Welds on the Parameters of the Mode of Automatic Arc Welding Under a Layer of Flux, Materials Science and Engineering, 8 (2009) 8.
[15] A. Laursen, Influence of Weld Thermal Cycle on Residual Stress of API 5L X65 and X70 Welded Joint, Canadian Welding Association Conference, (2014) 5.
[16] A. Standard, E837-08 Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-drilling Strain-gage Method, ASMT international West Conshohocken, PA, ed., (2008).
[17] X. Ren, Residual Stresses of X80 Pipe Girth Weld, International Offshore and Polar Engineering Conference, (2012) 10.
[18] C. H.Lee, three dimensional finite element simulation of residual stresses in circumferential welds of steel pipe including pipe diameter effects, Materials Science and Engineering, 7 (2008) 6.
[19] A. Chintapalli, weld overlay size sensitivity on residual stress in a welded pipe, ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference, (2008) 6.