Modelling of HAZ in rectangular prismatic steel casts regenerated by weave bead building up

• Autorzy: Winczek J.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie SWC w prostopadłościennych odlewach regenerowanych napawaniem wahadłowym ruchem elektrody

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In work has been presented analitycal solution of the temperature field in rectangular prismatic steel casts regenerated by multipass weave bead building up. The association of the movement of the head along welded object with simultaneous sways across the weld bead, gives zigzag trajectory of welding electrode. In solution has been taken into consideration heating caused by the action of the welding heat source during overlaying next weld beads and self-cooling of already padded areas. Deliberations have been ilustrated by computational example. The temperature field in the middle cross section of the cast has been determined. The highest temperatures enabled to determine charachteristic heat-affected zones. Critical temperatures A₁ and A₃ have been used to set partial and full austenitic transformation zones, and the temperature of solidus to set the melt line. Accepted technological parameters of building up gave the results reproducing geometry of padding weld proved experimentally. Suggested model enables the analysis of welding heat cycles at any place of welded cast. For heat-affected zone these cycles are distinguished by multiple heating and self-cooling, caused by overlaying next padding welds aswell as the sways of electrode. The solution determines a point of departure for further termomechanical states of multipass rebuildnig analysis: phase transformat ions and stresses.

PL

W pracy przedstawiono analityczne rozwiązanie pola temperatury w prostopadłościennych odlewach staliwnych regenerowanych wielościegowym napawaniem z wahadłowym ruchem głowicy spawalniczej. Skojarzenie ruchu głowicy wzdłuż napawanego przedmiotu z jednoczesnymi wahnięciami w poprzek ściegu, daje zygzakowatą trajektorię elektrody. W rozwiązaniu uwzględniono nagrzewanie wywołane działaniem spawalniczego źródła ciepła podczas nakładania kolejnych ściegów i stygnięcie już napawanych obszarów. Rozważania zilustrowano przykładem obliczeniowym. Określono pole temperatury w środkowym przekroju poprzecznym odlewu. Maksymalne temperatury umożliwiły wyznaczenie charakterystyczne strefy wpływu ciepła. Temperaturami krytycznymi A₁ i A₃ wyznaczono strefy częściowej i pełnej przemiany austenitycznej, a temperaturą solidusu linię wtopienia. Przyjęte parametry technologiczne napawania dały rezultaty odwzorowujące geometrię napoiny potwierdzoną doświadczalnie. Proponowany model umożliwia analizę spawalniczych cykli cieplnych w dowolnym miejscu napawanego odlewu. Dla strefy wpływu ciepła cykle te charakteryzują się wielokrotnym nagrzewaniem i stygnięciem, wywołanymi nakładaniem kolejnych napoin, jak również wahnięciami elektrody. Rozwiązanie stanowi punkt wyjścia do dalszej analizy stanów termomechanicznych napawania wielościegowego: przemian fazowych i naprężeń.

Słowa kluczowe

EN

HAZ modelling; steel casting; surfacing process

PL

modelowanie SWC; odlew staliwny; proces napawania

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 8, iss. 1 spec.
• Strony: 331--336
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Winczek J.

• The Institute of Mechanics and Machine Design, Częstochowa University of Technology, ul. Dąbrowskiego 73, 42-200 Częstochowa, Poland

Bibliografia

• [1] A. Klimpel, Rebuilding and heat spraying, WNT, Warsaw 2000 (in Polish).
• [2] R. Parkitny, A. Pawlak, W. Piekarska, Temperature fields and stress states in welded tubes of rectangular cross section. In: Mechanical Effects of Welding, IUTAM Symposium Lulea Sweden 1991, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1992.
• [3] M.M. Mahapatra, G.L. Datta, B. Pradhan, Three-dimensional finite element analysis to predict the effects of shielded metal arc welding process parameters on temperature distributions and weldment zones in butt and one-sided fillet welds. Proc. I. Mech. E Vol. 220 Part B: J. Engineering Manufacture (2006) 837-845.
• [4] X.Y. Shan, M.J. Tan, N.P.O. Dowd, Developing a realistic FE analysis method for the welding of a net single-bead-on-plate test specimen, J. Materials Processing Technology 192-193 (2007) 497-503.
• [5] P. Ravi Vishnu, W.B. Li, K.E. Easterling, Heat flow model for pulsed welding, Materials Science Technology, vol. 7 649-659.
• [6] Mathematical modelling of weld phenomena, ed. H. Cerjak, K. E. Easterling, 1993, The Institute of Materials, London.
• [7] A. Bokota, W. Piekarska, Temperature and stress fields in heat affected zone during laser welding, Archives of Foundry, vol. 1, No 1 (2/2) (2001) 48-53 (in Polish).
• [8] W. Piekarska, Heat affected zone in the laser beam welded joint with preheating, Archives of Foundry Vol. 4, no. 14 (2004) 387-392 (in Polish).
• [9] W. Piekarska, Numerical analysis of structure and stresess in laser frontal-welded joint, Technology and Automation of Assembly, No 2/3 (2007) 90-93 99 (in Polish).
• [10] M. Van Elsen, M. Baelmans, P. Mercelis, J.-P. Kruth, Solutions for modelling moving heat sources in a semi-infinite medium and applications to laser material processing, Int. J. Heat and Mass Trnasfer, 50 (2007) 4872-4882.
• [11] Ching-Yen Ho, Mao-Yu Wen, Yi-Chwen Lee, Analytical solution for three-dimensional model predicting temperature in the welding cavity of electron beam, Vacuum 82 (2008) 316-320.
• [12]D. Wojnowski, Y.K. Oh., J.E. Indacochea, Mettalurgical assesment of the softened HAZ region during multipass welding, Transactions of the ASME, voI. 122, May (2000) 310-315.
• [13] S. Murugan, Sanjai K. Rai, P.V. Kumar, T. Jayakumar, Baldev Raj, M.S.C. Bose, Temperature distribution and residual stresses due to multipass welding in type 304 stainless Steel and low carbon Steel weld pads, Int. J. of Pressure Vessels and Pipping, 78 (2001) 307-317.
• [14] Kishor P. Kolhe, C.K. Datta, Prediction of microsturucture and mechanical of multipass SAW, Journal of Materials Processing Technology, 197 (2008) 241-249.
• [15] R.C. Reed, H.K.D. Bhadeshia, A simple model for multipass Steel welds, Acta Metallurgica Materialia, vol. 42, No 11 (1994) 3663-3678.
• [16] R. Parkitny, J. Winczek,, Influence of welding sequence on molding heat-affected zone, Materials from 11. Conference „IT specialist in metal technology”, KomPlasTech, Zakopane (2004) 171-178 (in Polish).
• [17] J. Winczek, Temperature field in multipass rebuilded cuboidal elements, Science and Technology Conference:New materials new technologies in shipbuilding and engineering industry, Szczecin, Świnoujście, (1998) 651-656 (in Polish).
• [18] J. Winczek, The temperature field in steel side link-of stripper bucket during oscilation rebuilding, Archives of Foundry vol. 3, No. 10 (2003) 267-272 (in Polish).
• [19] J. Winczek, temperature field in spiral welded cylindrical steel elements, Archives of Foundry, vol. 4, No. 14 (2004) 544-549 (in Polish).
• [20] A. Klimpel, M. Balcer, A. St. Klimpel, A. Rzeźnikiewicz, Influence of technique and parameters of building up in GMA method by cast wire on quality of padding weld and material fraction in base of padding weld, The Institiute of Welding Technology Bulletin, No 1 (2006) 53-58 (in Polish).