تحلیل اگزرژی فرآیند جوشکاری در فولاد نرمه a36 و بررسی روش‌های چکش‌کاری، گرمایش موازی و روش ارتعاشی جهت کاهش تنش‌های پسماند

یکی از مهم‌ترین عیوب قطعات جوشکاری‌شده که در اثر گرادیان‌های شدید گرمایی ایجاد می‌شود، تنش‌های پسماند است. در این تحقیق روش‌های مختلف مکانیکی و حرارتی جهت کاهش تنش‌های پسماند بررسی شده و پارامترهای مختلف موثر مورد بحث قرار گرفته است. در همین راستا، روابطی برای بازده انرژی و اگزرژی برای جوشکاری ارایه شده و سپس تاثیرات گرمایش شعله‌های موازی، روش ارتعاشی و روش چکش‌کاری بر کاهش تنش‌های پسماند جوشکاری به‌کمک این دو بازده بیان شده است. نتایج نشان می‌دهد که در روش گرمایش موازی، با افزایش توان شعله‌ها، هر دو بازده انرژی و اگزرژی کاهش یافته اما از روند کاهشی این دو بازده، به مرور کاسته می‌شود و به مقدار صفر میل می‌کند. افزایش سرعت جوشکاری نیز هر دو بازده را تا بیش از 2 برابر افزایش می‌دهد. از طرفی آنتروپی بی‌بعدشده با افزایش گرمای ورودی شعله‌ها، کاهش می‌یابد که نشان از کاهش تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری است. این کاهش در سرعت‌های بالاتر، بیشتر است. همچنین نسبت دو بازده نشان می‌دهد که در این بررسی، توان حدود 1800ژول بر ثانیه، مقداری بهینه از نظر اقتصادی خواهد بود. مرتبه کاهش تولید آنتروپی بی‌بعدشده برای روش ارتعاشی 0/001، روش چکش‌کاری 0/1 و روش شعله موازی 10 است. می‌توان انتظار داشت روش‌های گرمایشی کارآیی بیشتری نسبت به روش‌های مکانیکی در کاهش تنش‌های پسماند دارا هستند.

Exergy Analysis of A36 Mild Steel Welding Process and Investigation of Hammering, Parallel Heating and Vibration Method on Residual Stress Reduction

Residual stress is one of the most substantial defects of welded parts caused by intensive thermal gradient. In this study, different mechanical and thermal techniques for reducing residual stresses have been investigated and the effectiveness of contributing parameters has been discussed afterwards. Subsequently, some equations have been proposed for welding energy and exergy efficiency and the effects of parallel flame heating, vibration method, and hammer working method on reducing welding residual stresses are expressed. The results show that by using parallel heating technique, the enhancement of flame power would result in reducing both energy and exergy efficiencies. However, the decremental rate of the two efficiencies would slow down and they approach to an asymptotic value. Increasing the speed of welding improves two efficiencies more than 2 times. On the other hand, the normalized entropy is reduced by increasing the heat input of the flames. This fact is an indicator of a reduction in welding residual stress. This reduction is more at high speeds. Eventually, the ratio of the two efficiencies shows that in this study, economical power was about 1800j/s. The reduction of normalized entropy for the vibration, hammering, and parallel flame methods are 0.001, 0.1, and 10, respectively. Overall, it is expected that thermal methods are more efficient than mechanical methods in reducing residual stresses.