Study of the heat exchange and relaxation conditions of residual stresses due to welding of austenitic stainless steel

Abstract

El presente estudio presenta una predicción numérica de tensiones residuales (RS) utilizando el proceso de soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) de una sola pasada para placas de acero inoxidable y el proceso de soldadura TIG de dos pasadas para tuberías de acero inoxidable. Se estudió el efecto del intercambio de calor entre el material de soldadura y el medio ambiente. El trabajo consta de dos partes: La primera se basa en la determinación numérica de la existencia de tensiones residuales mediante el software Cast3M, el cual ha sido validado por resultados de la literatura. La segunda parte aborda los medios previstos para atenuar las amplitudes de estas tensiones residuales mediante métodos prácticos. Se han elegido dos parámetros con influencia significativa sobre las tensiones residuales: el espesor del cordón de soldadura y la velocidad de desplazamiento de la antorcha. El modelo de elementos finitos utilizado ha sido validado experimentalmente y los resultados obtenidos para las tensiones residuales se han comparado con los arrojados por el estudio numérico. Se encontró que los resultados obtenidos estaban de acuerdo con los resultados de las referencias. Además, se realizó el análisis microestructural de diferentes áreas después de la soldadura de la unión soldada (metal base, zona afectada por el calor y zona de soldadura) mediante análisis de microscopía óptica.

The present study presents a numerical prediction of residual stresses (RS) using the single-pass tungsten inert gas (TIG) welding process for stainless steel plates and the two-pass TIG welding process for stainless steel pipes. The effect of heat exchange between welding material and the environment was studied. The work consists of two parts: The first one is based on the determination of the existence of residual stresses numerically using Cast3M software, which has been validated by literature results. The second part addresses the means envisaged to attenuate the amplitudes of these residual stresses by practical methods. Two parameters with significant influence on the residual stresses have been chosen: the welding bead thickness and the torch displacement speed. The finite element model used has been validated experimentally, and the results obtained for the residual stresses have been compared with those given by the numerical study. The results obtained were found to be in agreement with references results. In addition, the microstructural analysis of different areas after welding of the solder joint (base metal, heat-affected zone and solder zone) was carried out using optical microscopy analysis.