Hegesztési eljárás modellezése numerikus módszerrel

A hegesztési eljárások az iparban a legfontosabb és legtöbbször alkalmazott kapcsolat-kialakítási módszerek közé tartoznak. Bármilyen információ egy hegesztett darab alakjáról, méretéről és sajátfeszültségeiről különösen fontos a minőség tökéletesítésében. A folyamat során a hőmérséklet megváltozik, az ötvözetben mikroszerkezeti átalakulásokat eredményezve, melyek az anyagtulajdonságok módosulásához vezetnek. A felmelegedés és lehűlés térfogati változásokat idéz elő. A termikus deformációk – amelyek, elaszto-plasztikusak a hegesztési zóna közelében – és az ebből adódó kialakuló feszültségek maradó torzulásokat okoznak. Ez a hegesztett szerkezetek összeszerelését megnehezíti és a minőség romlásához vezet.

A végeselemes módszer használata a termékfejlesztéseknél már bevált módszer, azonban gyártási folyamatok vizsgálatánál nem kifejezetten terjedt el. A fejlődés legfőbb oka az ipari igény a termelékenység és a termékek minőségének növelésére. Ezeken kívül a különböző gyártási paraméterek hatásának jobb megértése áll még a középpontban. Jelentősége a feszültségek és deformációk kialakulásának meghatározásában rejlik, annak érdekében, hogy meg lehessen becsülni például a repedéskialakulásra és fáradásra való hajlamot és így kivédeni a gyártás vagy használat során esetlegesen kialakuló hibákat. A szimuláció a gyártási folyamatok optimalizálására is alkalmazható. Acélszerkezetgyártó cégek esetében a gyártási selejtek számának minimalizálása is kardinális kérdés.

A kutatás célja tehát a hegesztési folyamatok numerikus szimulációja. Ennek keretén belül a hőforrás keltette hőeloszlást és hőterhelést, illetve az alakváltozások és sajátfeszültségek vizsgálatát végeztem el ANSYS 14.0 program alkalmazásával. Nem kapcsolt analízissel oldottam meg a termo-mechanikai problémát, vagyis a termikus analízist a mechanikai analízistől függetlenül futtattam.

A hegesztés modellezése még napjainkban is gyerekcipőben jár. Elsősorban gépészmérnöki területen találhatunk rá alkalmazási példákat, építőmérnöki gyakorlatban néhány példától eltekintve nem foglalkoztak a jelenség vizsgálatával. A gyártásból adódó tökéletlenségek meghatározása különösen fontos aspektusa a témának, hiszen szelvények, lemezmezők esetében a szabványok csak közelítő értékeket adnak meg a kezdeti imperfekciók felvételéhez. Több megtámasztási-megfogási lehetőséget is vizsgáltam, és ezeket hasonlítottam össze a sajátdeformációk és sajátfeszültségek alapján.

Irodalom:

1. Anca, A., Cardona, A., Fachinotti, V.D.: Finite Element modeling of welded joints, In Cardona, A., Storti, M., Zuppa, C., editors, Mecánica Computacional, Volume XXVII, p. 1445-1470, 2008

2. Radaj, D.: Welding residual stresses and distortion: Calculation and measurement, DVSVerlag, 2003

3. Néző J.: Virtual Fabrication of Full Size Welded Steel Plate Girder Specimens, PhD thesis, Heriot-Watt University School of Enginering and Physical Sciences, 2011

szerző

• 
  Kollár Dénes
  szerkezet-építőmérnök
  nappali

konzulens

• 
  Dr. Kövesdi Balázs
  egyetemi docens, Hidak és Szerkezetek Tanszék

helyezés