پیچیدگی و مدل دو

حال اگر این جوشکاری سریع و آنی را در صفحات نازک و کوتاه انجام دهیم، آنگاه در حین سرد شدن صفحات، لبههای آن‌ها به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند. این کوتاهشدگی طولی سعی می‌کند تا صفحات را در سطح رویی خم کند که در صورت استفاده از شرایط محدودکننده، تنش‌های پسماند عرضی در امتداد خط جوش پدید می‌آیند. تنها فرق این حالت با حالت جوشکاری در صفحات طویل این است که، در صفحات طویل شاهد صفر شدن تنش‌های عرضی با دور شدن از لبه صفحه خواهیم بود ولی در صفحات کوتاه، تنش‌های عرضی در تمام طول خط جوش وجود خواهند داشت. معمولاً در دو انتهای خط جوش شاهد تنش‌های فشاری عرضی خواهیم بود و در میانه صفحه، تنش‌های کششی عرضی خواهیم داشت. این حالت در شکل 3-5- ب نشان داده‌شده است.
مقدار این تنشها با افزایش ابعاد صفحات در جهت موازی جوش تغییر مینماید. به نحوی که مقادیر تنشهای کششی کاهش مییابد و به صفر شدن میل مینمایند. ولی مقادیر تنشهای فشاری دو انتهای خط جوش تغییر محسوسی ندارند] 32[.
اگر سرعت جوش به اندازه کافی آرام باشد، آنگاه قسمتهای جوش داده‌شده از فاصله نه چندان دور در پشت قوس جوش فرصت سرد شدن خواهند داشت. در چنین حالتی انتهای خط جوش تنش‌های کششی را تجربه خواهد کرد و هرچه به قسمتهای میانی نزدیک میشویم این تنشها تبدیل به فشاری خواهند شد. این حالت توزیع تنش‌های عرضی کاملاً عکس حالت جوشکاری با سرعت نسبی بالاتر است.

شکل 3-5 تنش‌های پسماند عرضی ناشی از جوشکاری یک پاسه] 32[:
الف – جوش با سرعت نسبی کم در یک صفحه طویل.
Widget not in any sidebars

ب – جوش با سرعت نسبی بالا در یک صفحه کوتاه.
پ – جوش با سرعت نسبی بالا در یک صفحه طویل.
یک مثال از توزیع سه بعدی تنش‌های پسماند عرضی در شکل 3-6 نشان داده‌شده است. این توزیع با موردی که در شکل 3-5- ب آمده و نشان‌دهنده توزیع تنش‌های عرضی در صفحات کوتاه است، تطابق دارد. در این مثال توزیع تنش‌های پسماند عرضی در جوشکاری بین دو صفحه با پهنای 250 میلیمتر و طول 500 میلیمتر ارائه شده است. ارائه تعریفی از صفحات کوتاه به آسانی میسر نیست. در واقع اصطلاح صفحات کوتاه، اصطلاحی پیچیده است که در تعریف آن نهتنها ابعاد هندسی بلکه عوامل جوشکاری و حتی خواص مواد موثرند. در شکل 3-6 می‌توان دید که عمده قلههای منحنی تنش‌های پسماند عرضی در نزدیکی دو انتهای صفحه متمرکز شده‌اند.

شکل 3-6 نمایش سه بعدی از توزیع تنش‌های پسماند عرضی] 33[.
باید خاطرنشان کرد که تنش‌های پسماند عرضی نهتنها در سطح رویی صفحات جوش داده‌شده بلکه در راستای عمق ضخامت نیز موجود میباشند. مقدار آن‌ها در برخی از موارد آنقدر بالا هست که لازم است به طور جدی به آن‌ها پرداخته شود. البته در اغلب موارد مثل جوشکاری با قوس الکتریکی غوطهور، بر روی صفحات نازک و یا حتی نسبتاً ضخیم تنش‌های پسماند عرضی در راستای عمق ضخامت ناچیز بوده و قابل صرف‌نظر کردن است. دلیل این امر شکل و وسعت ناحیه تغییرشکل مومسان در این‌گونه از عملیات جوشکاری است. این حقیقت به صورت اجمالی در شکل 3-7 نشان داده‌شده است. تنش و تغییر شکل در اکثر مواقع در تضاد با یکدیگرند، یعنی تنش‌های بالا معمولاً در ناحیهای که از تغییرشکل باز داشته شده است، رخ میدهد. یک مثال برای این مورد در شکل 3-7- الف ارائه شده است. این شکل شامل جوشکاری SAW (قوس الکتریکی غوطهور) یکپاسه برای اتصال صفحات با ضخامت متوسط و یا هر نوع جوشکاری در صفحات نازک است. این نوع عملیات جوشکاری معمولاً با یک ناحیه تغییر شکل یافته مومسان نسبتاً وسیع توصیف میشوند. در این حالت موادی که در ناحیه نزدیک به خط جوش میباشند، قادرند به هر سمت دلخواه حرکت و تغییر شکل داشته باشند. همین امر باعث میشود که در این نواحی تنش‌های پسماند عرضی مقادیر کمتری داشته باشند] 33[.

شکل 3-7 تنش‌های پسماند عرضی در راستای عمق ضخامت] 33[:
الف- جوشکاری با ناحیه تغییرشکل مومسان وسیع.
ب- جوشکاری با ناحیه تغییرشکل مومسان محدود.
شکل 3-7- ب نیز حالت جوشکاری در صفحات ضخیم و یا صفحات با ضخامت متوسط تطابق دارد. در این حالت فلز در ناحیه نزدیک به خط جوش از حرکت در راستای ضخامت بازداشته شده است که این امر نیز سبب میگردد که تنش‌های پسماند عرضی در راستای ضخامت دارای مقادیر بالایی باشند.
3-4 روشهای تعیین تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری
روشهای به دست آوردن تنشهای پسماند به دو دستهی روشهای آزمایشگاهی و روشهای عددی تقسیم‎بندی میشوند. در گذشته فقط روشهای آزمایشگاهی مورد استفاده قرار میگرفت. این روشها به دو دستهی مخرب و نامخرب تقسیمبندی میشوند. در روش مخرب میتوان به مقاله پنگ و پوکاس اشاره نمود که با استفاده از سوراخ نمودن صفحه و استفاده از کرنشسنج مقادیر تنش را اندازهگیری نمودند. در روشهای نامخرب میتوان به آزمایش با استفاده از روش اشعه ایکس اشاره نمود که در این زمینه چاندرا تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری را در یک صفحه با جوش شیاری اندازهگیری نمود. هر دو روش ذکرشده نمیتواند مقادیر تنش را در تمامی نقاط در دسترس قرار دهند. همچنین این روشها هزینه‌بر هستند. در سالهای اخیر تحلیلهای عددی برای حل مسایل پیچیده بیش‌ترین کاربرد را داشتهاند. در سال 1971 یودا و نوماتو در کاربرد روش اجزای محدود در به دست آوردن تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری پیشقدم شدند. به دلیل پیچیدگی و زمانبر بودن تحلیلهای عددی، پژوهشهای انجام‌شده اولیه به صورت دو بعدی انجام‌شدهاند. در شکل 3-8 صفحه مدل شده به صورت دو بعدی نمایش داده‌شده است ]34[.

شکل 3-8 مدل دو بعدی جریان انتقال حرارت ]34[: