TIG kaynak yönteminde (GTAW) kaynak arkının sıcaklık dağılımı ve hız dağılımının değişik proses koşullarında sayısal analizi ve simülasyonu
Numerical analisys and simulation of temperature distribution and velocity distribution of gtaw arc under different process conditions
Yazar: ATİLLA SAVAŞ
Danışman: PROF. DR. VURAL CEYHUN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Koruyucu gazlar = Shielding gases ; Sayısal çözüm = Numerical solution ; Tungsten ark kaynağı = Tungsten arc welding

Özet:
Bu çalışmanın amacı TIG kaynağı arkındaki magnetohidrodinamik (MHD) probleminin değişik koruyucu gazlar altında (argon, argon + %10 hidrojen, nitrojen, helyum) COMSOL yazılımı kullanılarak sayısal analizinin yapılmasıdır. COMSOL 3.5a programı Navier-Stokes, Isı Transferi ve Maxwell denklemlerini içeren bu çoklu fizik problemini çözmede mükemmel bir rol oynamıştır. COMSOL yazılımı bir takım doğrulamalardan sonra TIG kaynağı arkındaki hız ve sıcaklık dağılımlarının sayısal simülasyonunun yapılmasında kullanılabilir. Bu yöntemin kullanılmasıyla külfetli deneysel çalışmalardan kaçınılabilecektir.Bu çalışmada, argon arkındaki sayısal olarak hesaplanmış sıcaklık dağılımı ve maksimum plazma hızı ile nitrojen arkındaki maksimum sıcaklık değeri literatürdeki deneysel çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Sayısal olarak hesaplanmış hız profili literatürdeki başka bir sayısal çözümle de karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar iyi sonuçlar vermiştir. En yüksek sıcaklık değeri nitrojen arkında elde edilirken en yüksek voltaj değeri helyum arkında bulunmuştur. En yüksek toplam enerji değeri voltaj değerinde olduğu gibi helyum arkında elde edilmiştir. En yüksek plazma hız değerleri nitrojen ve helyum arklarında elde edilmiştir. En fazla ark eksenine doğru sıkıştırılmış ark nitrojen arkıdır.

Abstract:
The aim of this work is to use COMSOL software as a tool for solving the 2-D magnetohydrodynamics (MHD) problem in the Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) arc under the shielding gases argon, helium, nitrogen and argon + 10% hydrogen. COMSOL 3.5a worked perfectly for solving Multiphysics phenomena, including the Navier-Stokes Flow Equation, the Heat Transfer Equation and the Maxwell Equation. COMSOL software can be utilized to simulate the temperature and velocity profile in the GTAW arc after some validation procedures. Cumbersome experimental work can be avoided by using this numerical instrument.In this study, the numerically calculated temperature profile and maximum plasma velocity under argon shielding gas and maximum temperature of a nitrogen arc were compared with experimental results found in the literature. The numerically calculated velocity profile was also compared with another numerical solution found in the literature. Comparisons showed good agreement. The highest temperature was in the nitrogen arc, while the highest voltage was in the helium arc. The highest total energy was in the helium arc similar to the voltage value. The highest plasma velocity values were obtained in the nitrogen and helium arcs. The most constricted arc was calculated in the nitrogen arc.