The Back Stress Behavior Study Analyzed in Residual Stress of Welded Naval Plates in Different Lamination Directions and Different Thermal Contributions

Abstract

The lamination process adds the anisotropy characteristic in the final product. This anisotropy influences the yield strength according to the direction in question, the difference between the value of the yield tension in one direction and the value of the yield tension in another direction referred to as the back stress. Naval plates were welded by the GMAW process in the longitudinal direction to the lamination and in the transverse direction, and with different thermal loads. The residual stresses were calculated by displacement coordinate points method (DCP) and the back stress was found by tensile tests in specimen subjected made with either the longitudinal lamination direction and transverse lamination direction. The material used was ASTM A131 naval steel grade AH-36. The welded plates with greater thermal load in the longitudinal direction presented smaller residual stress in this direction, in relation to the transverse lamination direction. In the welded plates with greater thermal load, in the transverse lamination direction, the displacements in different directions were close, showing that the back stress does not act reversing the displacement (flow). Finally, for the welded plates with lower thermal load, both welded in the longitudinal and transverse direction, the displacements were small. In addition, the back stress did not act reversing such displacements.

Análise das Tensões Residuais Utilizando o Método DPC na Soldagem Multipasse do Aço ASTM A131 AH36 pelos Processos SMAW e FCAW

“…Modenesi et al [15], caracterizaram a distribuição de tensões transversais com chapas grossas em juntas de topo, com restrição de movimento, mostrando que as tensões de reação tendem a se somar às de origem térmica, resultando em maiores valores de tensões residuais transversais em relação às longitudinais, com o pico de tensão localizado no centro da chapa. No seu trabalho com chapas de 12,7 mm do mesmo aço, Mendes et al [16], também observaram esse efeito da anisotropia (σy > σx), porém não analisaram o crescimento nas tensões das extremidades para o centro do cordão. Este trabalho torna evidente que a condição de estado plano observada por Mendes et al [16], Sugahara et al [5], não se aplica às chapas com espessura muito superior a 12,7 mm.…”

“…No seu trabalho com chapas de 12,7 mm do mesmo aço, Mendes et al [16], também observaram esse efeito da anisotropia (σy > σx), porém não analisaram o crescimento nas tensões das extremidades para o centro do cordão. Este trabalho torna evidente que a condição de estado plano observada por Mendes et al [16], Sugahara et al [5], não se aplica às chapas com espessura muito superior a 12,7 mm.…”

“…Foi detectada uma maior razão de tensões transversais por longitudinais em soldas realizadas pelo processo ER. Um resultado semelhante foi obtido por Mendes et al [16], que trabalharam com o mesmo aço na espessura de 12,7 mm. No processo com ER, observaram-se maiores tensões residuais na direção tendendo ao eixo normal ao cordão de solda, comparado ao processo AT (Figura 7), justificando o maior valor para a razão σy/σx.…”

Strain incompatibility as a source of residual stress in welding and additive manufacturing

“…stress [27]. This mechanism was extensively exploited in the numerical modelling of residual stress in additively manufactured stainless steel and alloys [28][29][30][31][32], in laser-aided additive manufacturing [33], and in welding [14,16,18,19,22,34].…”