Experimental and numerical analysis of multi - pass welding

• Autorzy: Koch F. , Enderlein M.

Warianty tytułu

PL

Doświadczalna i numeryczna analiza spawania wieloprzepustowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Numerical simulation is nowadays used as a primary design tool to assess welded joints within the scope of the optimization of welding procedures.The prediction of the temperature field is the basis of the computer aided assessment of welds. This paper introduces a calculation approach for the temperature field of multi-pass welding. Manual electric welding is modelled using the finite element method (FEM) within the software ABAQUS. A modification of the double-ellipsoidal GOLDAK heat source is implemented considering the effects of filler metal and slag. In order to increase the efficiency of multi-pass welding simulation a special application method of the GOLDAK source is introduced. Welding experiments are carried out containing a manual surfacing. The computational results are validated with macro sections and thermocouple measurements. Finally the calculated temperature field is in good agreement with the fusion line and heat-affected-zone obtained from the macro sections and also fits with the thermocouple measurement. The slag mainly influences the cooling velocity within the HAZ of the computation model.

PL

Numeryczne symulacje są obecnie powszechnie używane jako narzędzie dla oceny połączeń spawanych i perspektywicznie umożliwią one optymalizację procesów spawania. Przewidywanie pola temperatury jest podstawą do oceny spawów. W artykule opisano obliczenia zmian temperatury w czasie wieloprzepustowego ręcznego spawania elektrycznego. Proces spawania modelowano metodą elementów skończonych wykorzystując program ABAQUS. Zaimplementowano podwójnie elipsoidalny model Goldaka dla źródła ciepła. Ten model uwzględnia wpływ metalu wypełniającego spaw oraz wpływ żużla. Aby zwiększyć efektywność symulacji źródło Goldaka jest rzutowane na zarys spawu. Wykonano doświadczenia spawania wieloprzepustowego, w których temperaturę mierzono za pomocą termopar. Wyniki doświadczeń posłużyły do weryfikacji opracowanego modelu. Otrzymano dobrą zodność pomiarów i obliczeń, a obliczone pole temperatury było także zgodne z obserwowanym na makrostrukturze kształtem strefy wpływu ciepła. Oceniono wpływ żużla na prędkość chłodzenia po spawaniu.

Słowa kluczowe

EN

multi-pass welding; heat source modelling; temperature field; filler metal; slag

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 12, No. 2
• Strony: 104--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Koch F.

autor

Enderlein M.

• Technische Universitat Bergakademie Freiberg Institute of Mechanics and Fluid Dynamics Lampadiusstraße 4 09599 Freiberg (Germany),

Bibliografia

• Baehr, H. D., Stephan, K., 2011, Heat and Mass Transfer, Springer-Verlag, Berlin.
• Deng, D., Murakawa, H., 2006, Numerical simulation of temperature field and residual stress in multi-pass welds in stainless steel pipe and comparison with experimental measurements, Computational Material Science, 37, 269-277.
• Goldak, J. A., Akhlaghi, M., 2005, Computational welding mechanics, Springer Science+Business Media Inc, Boston MA.
• Kuźniar , A., Rygiel, P., Dudek, S., Gnot, A., Gancarczyk, T., Perzyński, K., 2011, Numerical model of a TIG welding process for the aviation industry, including analysis of the heat transfer, Computer Methods in Material Science, 11, 173-178.
• Lindgren, L.-E., 2007, Computational welding mechanics: Thermomechanical and microstructural simulations, Woodhead Publishing Limited and CRC Press, Cambridge.
• Pittner, A., Weiss, D., Schwenk, C, Rethmeier, M., 2011, Fast temperature field generation for welding simulation and reduction of experimental effort, Welding in the World, 55, 83-90.
• Radaj, D., 1993, Heat Effects of Welding, Springer-Verlag, Berlin.
• Radaj, D., 1999, Welding Process Simulation: Fundamentals and Applications, DVS Verlag, Düsseldorf (in German).
• Sabapathy, P. N., Wahab, M. A., Painter, M. J., 2001, Numerical models of in-service welding of gas pipelines. Journal of Materials Processing Technology, 118, 14-21.
• Seyffarth, P., Meyer, B., ScharfT, A., 1992. Großer Atlas Schweiß-ZTU-Schaubilder. Deutscher Verlag fur Schweißtechnik DVS-Verlag GmbH. Düsseldorf (in German).
• Spur, G., Stöferle, T., 1987, Handbuch der Fertigungstechnik Band 4/2 Wärmebehandeln, Carl Hanser Verlag, München (in German).
• Weiss, D., Christensen, K. H., Kristensen, J. K. 2007, Algorithms for inverse analysis of heat deposition processes, Mathematical Modelling of Weld Phenomena, 8, 847-879.