شبیه سازی مکانیکی-حرارتی و ریزساختاری فرآیند جوشکاری اصطکاکی دورانی آلیاژ اینکونل718 با استفاده از روش اجزای محدود

جوشکاری اصطکاکی دورانی یکی از روش های مهم اتصال قطعات مختلف جهت استفاده در صنایع پیشرفته به شمار می رود. با توجه به مشکلات اندازه گیری متغیرها در حین آزمون عملی و به منظور کاهش هزینه ها، استفاده از روش های شبیه سازی عددی یک امکان بسیار موثر در تحقیقات علمی به شمار می رود. در این مقاله روش شبیه سازی عددی اجزای محدود برای شبیه سازی پیوسته مکانیکی-حرارتی و سپس معادلات مشخصه برای شبیه سازی ریزساختاری اتصال دو لوله مشابه از جنس آلیاژ اینکونل 718 به روش جوشکاری اصطکاکی دورانی مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا با انجام شبیه سازی عددی مکانیکی-حرارتی پارامترهای مهم موثر بر تحولات متالورژیکی مثل توزیع دما، تنش و کرنش بدست آمد و سپس تحولات ریزساختاری مانند کسر حجمی تبلور مجدد و اندازه دانه ساختار نهایی محاسبه و به منظور صحت سنجی با نتایج آزمون عملی مقایسه شد. در شبیه سازی ریزساختاری با بهره گیری از الگوی جانسون-آورامی و زیرروال نویسی این الگو به زبان فرترن، خروجی های حاصل از حل مکانیکی-حرارتی به متغیرهای متالورژیکی تبدیل شدند. با استفاده از این الگو ضخامت ناحیه متاثر از تبلور مجدد برای مرکز و دیواره ضخامت لوله به ترتیب 480 و850 میکرومتر در شبیه سازی محاسبه شد. این مقادیر در آزمون عملی به ترتیب 500 و800 میکرومتر گزارش شدند. همچنین تغییرات اندازه دانه از مرکز لوله و مجاور فصل مشترک جوش تا دیواره لوله درشبیه سازی از 07/2 تا 15/2 میکرومتر پیش بینی شد که این روند در آزمون عملی از 9/1 تا 2/2 میکرومتر گزارش شده بود. نهایتا در این مقاله تلاش شد تا با رسم منحنی های مختلف ارتباط بین متغیرهای مکانیکی-حرارتی و ریزساختاری بررسی و نتایج قابل انتظاری از توزیع متغیرهای ریزساختاری با تغییر متغیرهای مکانیکی-حرارتی حاصل گردد.