การวิเคราะห์เชิงตัวเลขและทดลองของกระบวนการเชื่อมแบบใต้ฟลักซ์สำหรับประเมินการบิดเสียรูปและความเค้นตกค้างในชิ้นส่วนโครงสร้างเหล็กกล้า

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการกระจายความร้อนและการเสียรูปของชิ้นงานที่ผลิตโดยกระบวนการเชื่อมแบบใต้ฟลักซ์ด้วยแบบจำลองเชิงตัวเลขกอปรกับดำเนินการทดลองไปพร้อมๆ กัน ข้อดีของการคำนวณแบบแยกส่วนและแบบคู่ควบของโมดูลเชิงอุณหภาพและเชิงกลได้ถูกตรวจสอบเชิงลึกโดยกระทำการพิจารณาเปรียบเทียบการกระจายอุณหภูมิและการตอบสนองพลวัตของคุณลักษณะเชิงอุณหภาพที่เกิดขึ้นในระหว่างห้วงเวลาการเชื่อม แบบจำลองเชิงทฤษฎีสำหรับแหล่งกำเนิดความร้อนรูปทรงรีตันซ้อนทับกันของโกลดักถูกนำมาปรับใช้งานให้คล้ายคลึงกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรดตามแนวรอยเชื่อม ซึ่งการหาค่าพารามิเตอร์ต่างๆ สำหรับรูปทรงแหล่งกำเนิดความร้อนนี้กระทำบนพื้นฐานของโปรแกรมการทดลองซึ่งถูกออกแบบให้ครอบคลุมกลุ่มของพารามิเตอร์งานเชื่อมที่ใช้งานอยู่ในอุตสาหกรรมสืบเนื่องจากผลการคำนวณพบว่าการคำนวณแบบแยกส่วนและแบบคู่ควบของโมดูลเชิงอุณหภาพและเชิงกลให้ผลลัพธ์การตอบสนองพลวัตเชิงอุณหภาพที่คล้ายคลึงกันอย่างไรก็ตามเทคนิคการคำนวณแบบแยกส่วนมีข้อดีประการสำคัญคือใช้เวลาในการคำนวณน้อยกว่า ดังนั้นจึงจัดเป็นระเบียบวิธีการคำนวณที่ประหยัด นอกจากนั้นการเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณและการทดลอง แสดงให้ทราบถึงความสอดคล้องกันทั้งขนาดรอยเชื่อม การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิภายในชิ้นงานและการโก่งตัวถาวรของชิ้นงานโดยความคลาดเคลื่อนของการโก่งตัวชิ้นงานโครงสร้างภายหลังการเชื่อมอยู่ในพิกัดที่ยอมรับได้สำหรับการเชื่อมทั้งสองกรณีแบบจำลองเชิงตัวเลขที่นำเสนอนี้จึงสามารถนำไปประเมินการกระจายความเค้นตกค้างและการบิดตัวโดยรวมของชิ้นงานที่ผ่านการเชื่อมใต้ฟลักซ์ซึ่งจัดเป็นกระบวนการเชื่อมที่มีอัตราการป้อนพลังงานความร้อนสูงได้

This research is aimed to study thermal distribution and deformation of workpiece fabricated by Submerged Arc Welding process (SAW) using numerical modeling along with welding experiment. Benefit of uncoupled and coupled thermo-mechanical computational procedure was profoundly investigated and compared in terms of temperature distribution and dynamic response of thermal characteristics during welding process. The Goldak’s double-ellipsoidal heat source model was adopted as a moving heat source in a similar way to the motion of electrode along the weld bead. Determination of geometric parameters for such a heat source model was carried out and based on a series of experiment programs which were designed to cover a given set of applicable welding parameters using in the industry. According to computational results, it is disclosed that both fully coupled and uncoupled thermo-mechanic procedure yield similar results for dynamic thermal response. However, the latter technique offers a remarkable benefit since it requires less calculation time, and thus relative cost-saving procedure. In addition, validation made between computational result and that of experiment shows a good agreement in the weld bead dimension, thermal history, and permanent distortion in the workpiece. The discrepancy of plastic distortion in welded structure is relatively admissible for both cases. This proposed numerical model is capable of providing an effective assessment of residual stress distribution and global distortion of such a workpiece undergone high rate of thermal energy input of SAW process.

คำสำคัญ: การเชื่อมแบบใต้ฟลักซ์ขั้นตอนการคำนวณเชิงอุณหภาพและเชิงกลแบบจำลองแหล่งกำเนิดความร้อนของโกลดัก