new5

بررسي تنش هاي پسماند، در نمونه هاي تنش زدایی شده به روش حرارتی و آلتراسونیک

49.000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

 

 

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد جاسب

دانشکده مکانیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک

گرایش ساخت و تولید

عنوان :

بررسي تنش هاي پسماند، در نمونه هاي تنش زدایی شده به روش حرارتی و آلتراسونیک

 

 

 

استاد راهنما:

دکتر محمد هنرپيشه

 

نگارنده:

……………………….

 

 

تابستان 93

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                  صفحه

چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 1

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………….3

1-2-  فصل بندی مطالب……………………………………………………………………………………………………………………4

1-3- نحوه تشكيل تنش هاي پسماند………………………………………………………………………………………………..5

1-3-1-  تشريح تنش پسماند در جوش……………………………………………………………………………………………………..6

1-3-2-  روش هاي بهبود استحكام خستگي…………………………………………………………………………………………….9

1-4-  روش هاي تنش زدايي و طبقه بندي آنها……………………………………………………………………………..10

1-4-1-  تنش زدایی طبیعی…………………………………………………………………………………………………………………….12

1-4-2-  تنش زدایی حرارتی………………………………………………………………………………………………………………….12

1-4-3-  تنش زدایی ارتعاشي…………………………………………………………………………………………………………………16

1-4-4-  روش اضافه باري…………………………………………………………………………………………………………………….17

1-4-5-  روش ساچمه كاري………………………………………………………………………………………………………………….17

1-4-6-  تنش زدایی جوش با ضربات آلتراسونيك (UIT)………………………………………………………………………..18

1-5-  روش هاي اندازه گيري تنش هاي پسماند…………………………………………………………………………..19

1-5-1-  روش سوراخ مركزي………………………………………………………………………………………………………………..24

1-5-2- روش پراش پرتو X…………………………………………………………………………………………………………….24

1-5-3- روش انحنا ولايه برداري…………………………………………………………………………………………………………….31

1-5-4-  روش تفرق الكترون………………………………………………………………………………………………………………….31

1-5-5- روش تفرق نوترون……………………………………………………………………………………………………………………32

1-5-6-  روش رهاسازي ترك………………………………………………………………………………………………………………..32

1-5-7- روش مغناطيسي………………………………………………………………………………………………………………………..33

1-5-8- روش ماورا صوتي…………………………………………………………………………………………………………………….33

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………….36

2-2-  مطالعات انجام شده در زمينه تنش زدايي و تنش هاي پسماند…………………………………………. 36

فصل سوم: روش تحقیق

3-1-مقدمه …………………………………………………………………………………………………………42     3-2-  آماده سازي نمونه ها جهت جوشكاري……………………………………………………………………………… 42

3-3-  فرآيند جوشكاري نمونه ها به روش TIG………………………………………………………………43

3-4-  آماده سازي نمونه ها جهت تنش زدايي…………………………………………………………………..45

3-5-  عمليات تنش زدايي حرارتي بر روي نمونه A…………………………………………………………46

3-6-  عمليات تنش زدايي با ضربات آلتراسونيك……………………………………………………………………….  48

3-6-1-  مكانيزم رفتار دستگاه UIT بر روي جوش………………………………………………………………………………..  49

3-6-2-  معرفي دستگاه UP-500……………………………………………………………………………………………………….  52

3-6-3-  مشخصات دستگاه UP-500………………………………………………………………………………………………….  55

3-6-4-  عمليات تنش زدايي با ضربات آلتراسونيك برروي نمونه B………………………………………………………..  55

3-7- نمونه بدون تنش زدايي (نمونه C)………………………………………………………………………………………  56

3-8- اندازه گيري تنش پسماند به روش سوراخ مركزي…………………………………………………………….  56

3-8-1-  مشخصات STRAIN GAUGE مورد استفاده………………………………………………………………………  57

3-8-2-  مراحل نصب STRAIN GAUGE برروي نمونه و ارتباط آن با دستگاه…………………………………..  58

3-8-3-  ثبت داده ها توسط دستگاه HOLE DRILLING………………………………………………………………….  62

3-9- اندازه گيري تنش پسماند به روش استاندارد پراش اشعه ایکس……………………………………….  63

3-9-1-  آماده سازی نمونه ها جهت نصب در دستگاه XRD………………………………………………………………….  63

3-9-2-  معرفی دستگاه اندازه گیری تنش پسماند به روش استاندارد پراش اشعه ایکس………………………………  64

3-9-3-  ثبت داده ها توسط دستگاه XRD……………………………………………………………………………………………  66

فصل چهارم : نتایج

4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………… 69

4-2-  نتايج به دست آمده از روش HOLE DRILLING………………………………………………………….  70

4-3- بررسي و تحليل نتايج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی……………………………………………. 71

4-4-  نتايج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس………………………………………………… 72

4-5- بررسي و تحليل نتايج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس……………………… 74

4-6-  اعتبار بخشی نتايج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی با استفاده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس………………………………………………………………………………………………………………………………75

فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادات

5-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………… 77

5-2-  جمع بندي مطالب……………………………………………………………………………………………………………….. 77

5-3- پيشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………. 79

 

فهرست جدول ها

جدول 3-1- مقایسه ZONE های تعریف شده پس از عملیات UP…………………………………………..  64

جدول 3-2- مشخصات دستگاه XRD…………………………………………………………………………………………  79

جدول 4-1- نتایج حاصل و مقدار تنش موجود در نمونه هایA ، B و C………………………………….84

فهرست شکل­ها

شکل 1-1- طبقه بندی انواع روشهای جوشکاری و تنش­زدایی………………………………………………….  10

شکل 1-2- طبقه بندی انواع روشهای تنش­زدایی…………………………………………………………………………  11

شکل 1-3- مراحل عملیات حرارتی بر حسب دما،زمان………………………………………………………………  13

شکل 1-4- انجام عملیات حرارتی برروی لوله………………………………………………………………..  14

شکل 1-5- امتداد ترکهای ريز از سطح قطعه به سمت مرکز قطعه…………………………………………15

شکل 1-6- تغییر شکل یا اعوجاج  در اثر تغيير حجم حاصله از دگرگونی فازها…………………….15

شکل 1-7- فرآیند ساچمه زنی و تاثیر آن بر روی قطعه……………………………………………………  18

شکل 1-8- نحوه نصب کرنش­سنج برروی نمونه و شرایط آن قبل از سوراخ شدن……………….. 20

شکل 1-9- وضعیت تنش در قطعه پس از ایجاد سوراخ کامل…………………………………………..  21

شکل 1-10- ترتیب قرار گرفتن گیج ها برای اندازه گیری تنش پسماند………………………………..22

شکل 1-11- نمونه اي از دستگاه HOLE DRILLING………………………………………………..24

شکل 1-12- روش لاوه در شبکه وارون………………………………………………………………………..  25

شکل 1-13- روش لاوه در حالت انعکاسی…………………………………………………………………….  25

شکل 1-14- روش لاوه در حالت عبوری………………………………………………………………………  26

شکل 1-15- روش کریستال چرخان……………………………………………………………………………..  26

شکل 1-16- پیکربندی XRD در حالت پودری…………………………………………………………….  27

شکل 1-17- محور‌های دوران پویش ω وΦ…………………………………………………………………….28

شکل 1-18- تاثیر تنش پسماند بر شکل منحنی پراش………………………………………………………. 29

شکل 1-19- تاثیر وجود تنش پسماند در جابجایی قله منحنی پراش………………………………….  30

شکل 1-20- شرایط تنش صفحه ای و نمایش زوایای مختلف در پراش اشعهX……………………30

شکل 1-21- گونه های متفاوت اعمال شده در روش پرتو شدید X…………………………………….32

شکل 3-1- شمای کلی فرآیند جوشکاری به روش TIG……………………………………………………44

شکل 3-2- نمونه جوشکاری شده با استفاده از جوش آرگن ……………………………………………..45

شکل 3-3- نحوه قرارگیری المنتهای دستگاه تنش زدایی…………………………………………………….47

شکل 3-4- مكانيزم و رفتار دستگاه تنش زدايي آلتراسونيك ……………………………………………….50

شکل 3-5- بهبود خواص مکانیکی پس از استفاده از فرایند UP ………………………………………..51

شکل 3-6- ژنراتور دستگاه آلتراسونيك……………………………………………………………………………53

شکل 3-7- ابزار انتقال دهنده در دستگاه تنش زدايي آلتراسونيك…………………………………………54

شکل 3-8- سر هاي مربوط به دستگاه تنش زدايي آلتراسونيك……………………………………………54

شکل 3-9- نمونه تنش زدایی شده با استفاده از ضربات آلتراسونیک…………………………………….56

شکل 3-10- شماتیک کرنش سنج مورد استفاده…………………………………………………………………58

شکل 3-11- کرنش سنج نصب شده بر روی نمونه جوشکاری شده…………………………………….59

شکل 3-12- اتصال سه کرنش سنج نصب شده بر روی نمونه…………………………………………….60

شکل 3-13- نمای کلی از دستگاه HOLE DRILLING……………………………………………….61

شکل 3-14-نمونه سوراخ شده در محلSTRAIN GAUGE پس از انجام عملیات…………..62

شکل 3-15- نمونهA وB جهت اندازه­گیری تنش پسماند به روش پراش اشعه X…………………64

شکل 3-16- دستگاه مورد استفاده جهت اندازه گیری تنش پسماند………………………………………65

شکل 4-1- شرایط براگ در زاویه 95/136درجه برای نمونه تنش زدایی شده به روش حرارتی…………………………………………………………………………………………………………………………74

مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 80

چکیده

یکی از مباحث مهم در زمینه جوشکاری در سازه های مهندسی بحث کاهش تنشهای پسماند در خطوط جوش و بهبود کیفی جوش است. تنشهای پسماند باعث کاهش حد تحمل بار، عمر اتصالات جوشی و تغییر فرم هایی در سازه های جوشکاری شده  می گردند. هدف از این تحقیق بررسی تنشهای پسماند، در نمونه های تنش زدایی شده به دو روش حرارتی و آلتراسونیک می­باشد. دراین تحقیق ابتدا دو ورق از جنس کربن استیل پس از آماده سازی و جوشکاری به سه قسمت مساوی تقسیم شده است. نمونه A به روش حرارتی و نمونه B  با استفاده از ضربات آلتراسونیک تنش زدایی گردید. در مرحله  بعد و پس از تنش زدایی دو نمونه A و B از روش سوراخ مرکزی جهت تعیین تنش پسماند هر یک از نمونه ها استفاده شد. نمونه C نیز نمونه دیگری است که برروی آن هیچ گونه عملیات تنش زدایی صورت نگرفته و مقدار تنش پسماند آن نیز با روش مذکور تعیین می گردد. پس از آن و در جهت اعتبار بخشی نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی، نمونه ها به روش پراش پرتو ایکس مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تنش زدایی با استفاده از ضربات آلتراسونیک نسبت به تنش زدایی به روش حرارتی نتایج مطلوب تر و تنش های باقیمانده در نمونه B نیز کمتر می باشد.

واژه های کلیدی : تنش­زدایی با ضربات آلتراسونیک، تنش­زدایی حرارتی، روش سوراخ مرکزی، استاندارد پراش اشعه ایکس.

 


 

فصل اول

کلیات تحقیق

1-1) مقدمه

اغلب سازه ها در صنعت، از قطعـــات مختلفي كه توسط فرآيند هايي مثل ريخته گـري، آهنگــــري، نورد، ماشينكاري، جوشكاري و…. توليد شده اند، تشكيل شده اند كه با كمك فرآيند هاي گوناگوني به يكديگر متصل مي شوند. روش هاي مختلف اتصال را ميتوان بر اساس فرآيند هاي عملي و علمي به گروه هاي زير طبقه بندي كرد:

  • اتصال هاي مكـانيكــــي (پيچ، پرچ، ميخ، پين و…)
  • اتصال هاي متالوژيكي (جوشكاري، لحيم كاري و…)
  • اتصـال هاي شيميايــــي (چسب هاي آلي و معدني)

هر يك از اين اتصالات با توجه به وظايفي كه بر عهده دارند در يكي از دسته هاي زير قرار مي گيرند:

  • اتصالات موقت مانندپيچ و مهره، پين و…
  • اتصالات نيمه موقت مانند پرچ، لحيم كاري نرم و بعضي از چسب ها
  • اتصالات دائمي مانند فرآيند هاي جوشكاري، لحيم كاري سخت و اغلب چسب ها با واكنش هاي شيميايي

فرآيند هاي جوشكاري به عنوان فرآيند هايي جهت ايجاد پيوستگي مولكولي بين دو يا چند قطعه فلزي كه حداقل يكي از آنها در اثر حرارت، ذوب موضعي شده يا به حالت خميري در آمده باشد، براي هر دو منظورساخت قطعات اوليه و نيز اتصال آنها داراي كاربرد وسيعي در جوامع صنعتي است. صرفه اقتصادي اين اتصالات در مقايسه با ديگر اتصالات به لحاظ طول عمر بيشتر و نيز اطمينان خاطري كه به دليل استفاده از مواد مشابه با ماده اصلي ايجاد مي كند، برخي از دلايل ارجحيت اين فرآيند است]1 [.

از جمله فرايندهايي كه پس از انجام جوشکاری و به عبارتی در قطعات جوشکاری شده مد نظر قرار می گیرد تنش های پسماند می باشد كه به علت گرم و سرد شدنهاي متوالي جوش و مناطق نزديك آن و عدم امكان جابجايي در بعضي جهات، تنشهاي پسماند داخلي در جوش و مناطق مجاور آن بوجود مي آيد.

تنش پسماند تنشي است كه بر اثر انجام عمليات خاص نظیر جوشکاری در جسم باقي مي‌ماند و در حالي كه جسم تحت هيچ بارگذاري خارجي نيست نيز وجود دارد]19[

تنش زدایی یا تنش گیری که در اصطلاح به آن PWHT یا عملیات پسگرم نیز می‌گویند فرآیندی است، جهت از بین بردن تنش های موجود که در عملیات و فرآیند تولید به وجود آمده است. روشهای مختلفی برای از بین بردن تنش های پسماند در نمونه های جوشکاری شده وجود دارد که از جمله آنها می توان به روش حرارتی و روش آلتراسونیک اشاره نمود.]16[

تکنیکهای متفاوتـی برای اندازه گیـری تنش پسماند وجود دارد که برای اندازه گیـری در هر روش به وسایل خاصی نیاز می باشد.

1-2) فصل بندی مطالب

با توجه به مطالب اشاره شده و موضوع پایان نامه تحت عنوان بررسي تنش هاي پسماند، در نمونه هاي جوشكاري شده به روش حرارتی و آلتراسونیک مطالب به چند فصل تقسیم بندی خواهند شد که در ادامه به توضیح هر یک از آنها خواهیم پرداخت.

در این فصل ابتدا به معرفی انواع روش های تنش زدایی اشاره خواهیم کرد. پس از آن انواع روش های اندازه گیری تنش های پسماند را توضیح خواهیم داد.

فصل دوم مربوط به پیشینه پژوهشی  و مروری بر تحقیقات انجام شده خواهد بود، بداین ترتیب که  ابتدا به مطالعات انجام شده در زمینه تنش زدایی جوش اشاره خواهد نمود. مطالعات صورت گرفته در این بخش شامل دو قسمت عمده یعنی تنش زدایی جوش با ضربات آلتراسونیک و تنش زدایی حرارتی می باشد که در فصل مربوطه به تشریح آن خواهیم پرداخت. در ادامه فصل دوم نیز به مطالعات صورت گرفته در زمینه اندازه گیری تنش های پسماند به روش سوراخ مرکزی وروش استاندارد پراش اشعه ایکس اشاره خواهد شد.

فصل سوم مربوط به روش تحقیق شامل روش مورد استفاده جهت جوشکاری نمونه های مورد نظر و پارمترهای در نظر گرفته شده در حین فرآیند جوشکاری، معرفی دستگاه تنش زدایی در دو روش حرارتی و آلتراسونیک، نحوه آماده سازی نمونه ها جهت انجام تنش زدایی به روش حرارتی و آلتراسونیک، شرایط نمونـه و آماده سازی آن جهت اندازه گیـری تنش پسماند به روش سوراخ مرکزی و روش استاندارد پراش اشعه ایکس می باشد.

فصل چهارم  به بررسی نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی، روش استاندارد پراش اشعه ایکس و همچنین  مقدار تنش های پسماند موجود در هریک از نمونه ها خواهیم پرداخت.

فصل پنجم نیز به جمع بندی مطالب و پیشنهادات ارائه شده در زمینه تنش زدایی جوش و تنش های پسماند خواهد پرداخت.

 

1-3) نحوه تشکیل تنش های پسماند

همانطور که گفته شد تنش پسماند تنشي است كه بر اثر انجام عمليات خاصي در جسم باقي مي‌مانند و در حالي كه جسم تحت هيچ بارگذاري خارجي نيست نيز وجود دارد. طبيعت تنش پسماند به گونه اي است که در مقابل هر تنش كششي تنش فشاري نيز بايد وجود داشته باشد، به گونه‌اي كه جسم در حالت تعادل باقي بماند كه به اين حالت، حالت خود تعادلي مي گويند.

علت اينكه شناسايي چنين تنشهايي براي ما مهم است اين است كه وقتي جسم تحت تنش خارجي قرار مي‌گيرد، اين تنش خارجي به تنش پسماند موجود افزوده مي‌شود. پس اگر در منطقه‌اي تنش پسماند كششي داشته باشيم و بارگذاري ما نيز تنش كششي باشد سطح تنش در آن منطقه بالاتر از آنچه كه تنها با لحاظ تنش كششي خارجي بدست مي‌آيد خواهد بود. لذا در صورتي كه تنش كششي پسماند داخلي را در نظر نگيريم و قطعه را تنها براساس تنش اعمالي خارجي طراحي مي‌كنيم ممكن است در اثر تنش‌هاي پسماند خارجي تنش در قطعه از حد تسليم آن بالاتر رفته و باعث شكست آن گردد.

يكي از فرايندهايي كه باعث ايجاد تنش پسماند در سازه‌ها مي‌گردد جوشكاري است كه به علت گرم و سرد شدنهاي متوالي جوش و مناطق نزديك جوش و عدم امكان جابجايي در بعضي جهات، تنشهاي پسماند داخلي در جوش و مناطق مجاور آن بوجود مي آيد.

مقدار انبساط و تغيير شكل جسم در مقابل گرما متناسب با درجه حرارت مي‌باشد. اصولاً با افزايش درجه حرارت تا نقطه ذوب فلز شاهد انبساط در آنها خواهيم بود. حال هنگامي‌ كه در نقطه‌اي از جسم درجه حرارت به طور موضعي افزايش يابد دراطراف آن يك شيب حرارتي بوجود مي‌آيد كه مي‌خواهد باعث تغيير شكل و انبساط نقطه‌اي كه دماي آن افزايش پيدا كرده است بشود، ولي از اطراف توسط فلزي كه اين نقطه را احاطه كرده‌اند و ميل به تغيير شكل ندارند با تغيير شكل اين نقطه مقابله مي‌شود، لذا مناطق نزديك اين نقطه تحت تنش فشاري قرار مي‌گيرند و در صورتي كه تنش فشاري موجود از حد تسليم بيشتر شود باعث تغيير شكل پلاستيك اين منطقه مي‌شود. در حين سرد شدن منطقه‌اي كه گرم شده بود شاهد انقباض موضعي خواهيم بود كه باعث ايجاد تنش كششي در مجـاورت اين نقطه در حـــد تنش تسليم فلز خواهد بود.]19[

1-3-1 ) تشريح تنش پسماند در جوش

اگر بخواهيم تشكيل تنش پسماند در جوش را توضيح بدهيم می توان مدل زير را تشریح نمود :

سه ميله یک، دو و سه را در نظر بگيريد كه توسط صفحات صلب چهار و پنج از دو طرف محدود شده‌اند. با گرم‌ شدن ميله دو اگر دماي آن به اندازه ∆T افزايش يابد اين ميله در حالت آزاد به اندازه αlΔT افزايش طول پيدا مي کند ولي ميله‌هاي یک و سه چون تغيير دمايي نداشته‌اند در مقابل تغيير طول مقاومت مي‌كنند، لذا تنشي در آنها القا مي‌شود كه كششي است و عكس‌العمل اين تنش به ميله دو وارد مي‌شود كه تنش فشاري است لذا به اين ترتيب با گرم‌ شدن ميله دو در ميله‌هاي یک وسه تنش كششي و در ميله دو تنش فشاري خواهيم داشت.

در جوش نيز چنين حالتي را خواهيم داشت. البته در بحث راجع به تنشهاي تسليم جوش به اين نكته نيز بايد توجه داشته باشيم كه تنش تسليم فولادها با افزايش درجه حرارت كاهش مي‌يابد.

در نظر بگيريد كه يك اتصال جوشي بين دو ورق بزرگ بوجود آمده و در منطقه‌اي نواري شكل در فاصله مشخصي از مركز جوش مورد بررسي مي‌باشد فرض مي‌شود كه نوار مورد بررسي در جهت طولي خود كاملاً مهار شده و تغيير شكلي در اين جهت ندارد. قبل از گرم كردن، نوار فاقد تنش می باشد. در حين گرم كردن، اين نوار  متمايل به انبساط بوده و ليكن توسط محيط (فلز) اطراف خود كه درجه حرارت پايين‌تري دارد از انبساط آن ممانعت مي شود و در نتيجه تحت تاثير تنشهاي فشاري قرار مي‌گيرد. تغيير شكل در نوار در ابتدا الاستيك بوده و با افزايش درجه حرارت افزايش يافته و در درجه حرارت T1 تغيير شكل پلاستيكي شروع مي‌شود. با افزايش درجه حرارت ميزان تنش تسليم جسم كاهش يافته و تغيير شكل پلاستيكي نوار افزايش مي‌يابد. چنانچه T2 حداكثر درجه حرارتي باشد كه در نوار اعمال مي‌شود، تغيير شكل پلاستيكي فشاري ادامه خواهد يافت. در هنگام سرد شدن، نوار مورد بررسي تمايل به انقباض داشته كه منجر به كاهش سطح تنشها در آن مي‌شود. كاهش سطح تنشها در اين حالت منجر به تغيير شكل الاستيكي(مشابه باربرداري در نمونه‌هاي تحت آزمايش كشش) شده كه با توجه به درجه حرارت نوار ادامه خواهد داشت. در درجه حرارت T3 سطح تنشها در نوار در سطح تنش تسليم فلز در اين درجه حرارت خواهد شد. با كاهش بيشتر درجه حرارت، تنش تسليم (و در نتيجه سطح تنش‌ها در نوار) افزايش يافته و تغيير شكل پلاستيكي (كششي) در نوار بوجود مي‌آيد. نتيجتاً اينكه سيكل حرارتي فوق‌الذكر منجر به ايجاد تنشهاي پسماندي در سطح تنش تسليم فلز در نوار فوق‌الذكر خواهد شد. با استفاده از مدل فوق الذكر مي‌توان سطح تنش پسماند جوشي را در نقاط مختلف اطراف منطقه جوش بدست آورد.

چنانچه درجه حرارت حاصله در نقطه بررسي پايين‌تر از T1 باشد، تنها تغيير شكل الاستيكي در آن نقطه بوجود مي‌آيد. براي فولادهاي جوشي اين درجه حرارت بين 300-150 درجه سانتيگراد مي‌باشد. در درجه حرارت بين T1 و T4 سطح تنشهاي پسماند پايين‌تر از تنش تسليم جسم بوده و چنانچه درجه حرارت نقطه مورد بررسي از T4 بيشتر شود، تنشهاي پسماند در سطح تنش تسليم فلز خواهد بود.

از بررسي فوق‌الذكر نتيجه مي‌شود كه تنشهاي پسماند جوشي در جهت موازي با جهت جوش در فلز جوش و نواحي نزديك به آن از نوع كششي و در حد تنش تسليم فلز بوده و با افزايش فاصله از مركز جوش سطح اين تنش‌ها كاهش مي‌يابد. به جهت اصل خود تعادلي براي اينگونه تنشها، لزوماً بايد تنشهاي فشاري نيز جهت بالانس كردن آنها در مناطق مجاور بوجود آيند.

تشكيل تنشهاي جوشي ناشي از كرنش‌هاي حرارتي بوده كه بواسطه گرم و سرد شدن موضعي و غيريكنواخت در محل حوضچه جوش و اطراف آن و ممانعت محيط (فلز) اطراف ايجاد مي‌شوند. اين كرنشها در منطقه جوش و مجاور نزديك آن، كرنش پلاستيكي بوده كه هم در حين گرم شدن و هم در حين سرد شدن بوجود مي‌آيند. منطقه‌اي كه در آن كرنشهاي حرارتي ايجاد مي‌شود كم يا بيش توسط محيط (فلز) اطراف خود مهار يا ممانعت مي‌شود. چنانچه قطعه كار آزاد بوده و به قطعات ديگر متصل نباشد، اين نوع مهار از نوع مهار اوليه بوده چنانچه قطعه كار بنوبه خود به قطعات ديگر متصل باشد، درجه مهار بالاتر بوده و مهار ثانويه نيز در شكل‌گيري تنشهاي پسماند دخيل خواهد بود. بنابراين سطح و توزيع تنشهاي پسماند جوشي بستگـي به مهار اوليه (ناشي از نوع اتصــال جوشي) و مهـار ثانويــه ( ناشـي از ابعاد كلـي قطعــــه و نحـوه درگيري آن ) دارد. بـــراي تنشـهـاي پسمــاند طولي مهار اوليه قوياً تعيين كننده بوده و مهار ثانويه اثر كمي دارد.

لازم به توضيح است كه در قسمتهاي ابتدايي وانتهايي يك جوش طولي تنشهاي پسماند طولي به سرعت كاهش يافته و به صفر مي‌رسند. به عنوان يك قاعده سرانگشتــي مي‌توان اظهار نمود كه تنشهاي طولـي در يك جوش از فاصله 150mm دو سر جوش شروع به كاهـش نموده و در دو انتها به صفر مي‌رسند. چــــنانچه طول جوشي بيش از 300mm  باشد در وســــط آن سطح تنشهاي پسماند جوشي در حد تنش تســليم فلز خواهد بود. يك اتصال جوشي در جهت عرضي ( عمود بر جهت جوشكاري ) نيز منقبـــض شده كه منجــر به ايجاد تنشهاي پسماند عرضي مي‌شود. اصول ايجاد اين تنشها نظير تنشهاي طولي بوده با اين تفاوت كه مهار اوليه در شكل‌گيري آنها كمتر مؤثر بوده و مهار ثانويه مهم مي‌باشد. در قسمت مياني جوش، تنشها از نوع كششي بوده و در قسمتهاي انتهايي تنشهاي فشاري به جهت بالانس كردن تنشهاي كششي ايجاد شده‌اند. حداكثر سطح تنشهاي عرضي به واسطه مهار اوليه در حدود 25%  ميزان تنش تسليم فلز مي‌باشد. چنانچه قطعه كار در جهت عرضي مهار شده باشد، ممانعت ثانويه ايجاد شده كه بسته به درجه مهار منجر به افزايش سطح اين تنشها مي‌شود.

تنشهاي پسماند جوشي همچنين مي‌توانند در جهت ضخامت نيز به وجود آيند. در مقاطع نازك (كمتر از 30mm) سطح اين تنشها در جهت ضخامت ناچيز و قابل صرفنظر كردن مي‌باشد، ليكن براي مقاطع ضخيم‌تر سطح اين تنشها مي‌تواند در سطح تنش تسليم فلز بوده و توزيع پيچيده‌اي همراه داشته باشد. بنابراين، بطور كلي تنشهاي پسماند جوشي، كم يا بيش سه بعدي بوده، به ويژه اينكه اتصال جوشي در سه جهت عمود به هم مهار شده باشد.

تنشهاي پسماند جوشي معمولاً روي خواص استحكامي استاتيكي قطعه و يا شكست پلاستيكي آن اثر قابل توجهي نداشته و ليكن چنانچه خواص سمجي جوش پايين باشد، امكان ترك خوردگي وجود داشته و اين تنشها مي‌توانند به تنهايي باعث شكست موضعي يا كامل قطعه شوند. بي‌مناسبت نخواهد بود چنانچه اشاره شود كه در بعضي از سوانح بزرگ در سازه‌هاي جوشي (ريزش كامل پلهاي فلزي و يا دونيم شدن كشتيهاي توليد شده با اتصالات جوشي)‌ تنشهاي پسماند جوشي مهمترين عامل سانحه بوده‌اند. تنشهاي پسماند (‌طولي)‌ جوشي در اتصالات نازك فلزي مي‌توانند منجر به كمانش پوسته سازه شوند. تنشهاي پسماند جوشي همچنين مي‌توانند موجب كاهش خواص استحكام و خستگي اتصالات مربوطه شده و در اين رابطه بهتر است كه طول مسير جوش حداقل بوده و اتصال جوشي طوري طراحي شود كه در محلهاي دور از محلهاي مركز تنش و يا حتي‌المقدور در محلهايي با تنشهاي فشاري قرار گيرد.]16[

1-3-2 ) روشهای بهبود استحکام خستگی

بطور اخص در جوشکاری یک قطعه کار در ناحیه محدود به نقطه ذوب و به محض اینکه قوس الکتریکی از نقطه حرارت دیده دور شود درجه حرارت آن نقطه به سرعت پایین می آید که این به علت قابلیت هدایت حرارتی زیاد قطعه کار، دور شدن سریع منبع حرارت زا و کوچکی حجم حوضچه مذاب است. این شرایط از انقباض یک فلز جلوگیری می کند و باعث بروز تنشهای باقیمانده در قطعه کارمی شود.

بسته به نوع و مقدار تنش باقی مانده، این تنش می تواند برای استحکام ساختار مفید ویا مضر باشد و از آنجاییکه نوع تنش معمولاً به راحتی قابل تشخیص نمی باشد بهتر است که هیچ تنش باقیمانده ای در ساختار باقی نماند و باید قبل از کاربری قطعه این تنشها آزاد و یا در کل قطعه توزیع شوند که این فرآیند را تنش گیری گویند.

تنش گیری قطعات و سازه های فلزی عمدتاً به دو دلیل زیر انجام می شود :

  • تنش گیری برای اصلاح ساختار فلز که لزوماً به روش حرارتی انجام می شود.
  • تنش گیری برای حفظ پایداری و ثبات ابعادی قطعه که به روش های مکانیکی قابل انجام است.

روشهايي كه براي بهبود استحكام خستگي وجود دارند و پس از جوشكاري انجام مي شوند به دو گروه اصلي مي توان تقسيم نمود :

1) روشهاي اصلاح هندسه جوش.

2) روشهاي بهبود شرايط تنشهاي پسماند.

گروه اول عيوب موجود در پاشنه جوش را حذف مي كنند  و همچنين از ميزان تمركز تنش مي كاهند. در روش دوم تنشهاي فشاري را در مواضعي از جوش كه ترك هاي خستگي مستعد به شكل گيري هستند ايجاد مي كنند.]16[

 

1-4) روش های تنش زدایی و طبقه بندی آنها

در منابع مختلف روشهای گوناگونی برای تقسیم بندی تنش های پسماند تعریف می شود.

مطابق شکل 1- 1 انواع روشهای جوشكاري و تنش زدایی را  بصورت زیر می توان تقسیم بندی نمود :

شكل 1-1 : طبقه بندي انواع روش هاي جوشكاري و تنش زدايي ]16[

در شکل 1-2 تقسیم بندی انواع روش های  تنش زدایی نشان داده شده است.

شکل 1-2 : طبقه بندی انواع روش های تنش زدایی

برخی از مهمترین روشهایی که در تقسیم بندی بالا به آنها اشاره شده است و در ادامه به بررســــی و شناخت هر یک از آنها می پردازیم عبارت است از:

  • تنش زدایی طبیعی NSR
  • تنش زدايي حرارتي TSR
  • تنش زدايي ارتعاشي VSR
  • اضافه باریOVER LOADING
  • ساچمه کاری SHOT PEENING
  • تنش زدایی با ضربات آلتراسونیک UIT

1-4-1) تنش زدایی طبیعی

در روش تنش زدايي طبيعي قطعات به مدت طولاني(حدوداً يکسال) در فضاي باز قرار مي‌گيرد. اختلاف دما در طول شبانه روز و همچنين در فصول مختلف باعث ايجاد تنشهاي حرارتي بصورت نوساني گشته و در نهايت تنش پسماند کاهش مي‌يابد.

1-4-2) تنش زدایی حرارتی

تنش زدایی حرارتی یکی از مهمترین و شناخته شده ترین روشهای آزادسازی تنشهای پسماند است و بطور کلی فرآیندی است که در آن بایستی از دمای 1A  در زمان حداقل1T  به دمای 2A  رسیده و به مدت 2T  در همان دمای 2A   قطعه را نگهداری نمود و در زمان حداقل 3T   به دمای 1A  بازگشت. انتخاب روش اصولی فرآیند کنترلی کمک شایانی به اصولی طی شدن روند تنش گیری می کند. ]1[

به طور کلی روند عملیات حرارتی بصورت منحنی زیر و در سه قسمت شکل می گیرد :

  • گرم کردن
  • نگهداری در دمایی مشخص
  • سرد کردن

 

شکل 1-3 مراحل عملیات حرارتی یر حسب دما – زمان را نشان می دهد :

شکل 1-3 : مراحل انجام تنش زدایی به روش حرارتی ]14 [

اساساً روشهای مختلف  تنش زدايي به دليل مشکلات ناشی از تنش گيری حرارتی ايجا د و توسعه يافته است.  در اينجا سعی خواهيم داشت تا با دسته بندی و تشريح مشکلات، محدوديتها و همچنين گستره کاربرد عمليات حرارتی شمای دقيقتـــری از کاربرد روشهای تنش گيري نظیر تنش گیری با ضربات آلتراسونیک را که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد ارايه دهيم.

معایب و محدودیتهای تنش زدایی حرارتی  :

مراجع

  • جزوه آموزشی دوره بازرسی جوش، شرکت ملی گاز ایران.
  • حاجی پور، رحیمی، رحمانی، مدل سازی و اندازه گیری تنش پسماند توسط روش سوراخ مرکزی.
  • گلعذار،م.، اصول عملیات حرارتی فولادها، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان.
  • رياحي،م.، فرجي، 1384، معرفي اصول آزمونهاي غير مخرب، انتشارات دانشگاه علم و صنعت.
  • صدیقی،م.، ناظم نژاد، 1388، تحلیل اثر قله منحنی پراش در اندازه گیری تنش پسماند به روش استاندارد پراش اشعه ایکس.
  • صدیقی،م.، خاندائی، جودکی، 1389، تعیین ضرایب کالیبره کردن تنش در اندازه گیری تنش پسماند با روش سوراخکاری افزایشی.
  • طاهری،م.، اصول عملیات حرارتی فولادها، انتشارات دانشگاه تهران.
  • مشایخی، هدایتی، بررسی تاثیر ترتیب جوشکاری و فرآیند هیدرو تست بر تنش های پسماند جوشی در لوله های فولادی.
  • میرجانی، تفضلی،م.، تنش زدایی به روش غیر مخرب ارتعاشی.
  • نوربهشت، ایرج، مقدمه ای بر بلور شناسی هندسی، انتشارات دانشگاه اصفهان.

11-  معینیان، 1384، کلید جوشکاری، انتشارات آزاده.

  • میرجانی، 1389، عملیات حرارتی کاربردی، انتشارات سنجش سپاهان.
  • وطن آرا،م.، حق شناس،م.، فرآیندهای جوشکاری، مرکز پژوهش و مهندسی جوش ایران.

14 –  Anderson, B. A.1978. Thermal Stresses in a Submerged-Arc Welded Joint Considering Phase Transformations, Transactions of the ASME, Vol. 100, p. 356-362

15- American socity for testing and material, ASTM E- 837- 01.

16 – Clegg, R.E., McLeod, A.J. and Riddell, W.Effect of toe treatments on the fatigue resistance of structural steel welds.

17 – Determining Residual Stresses by the Hole Drilling Strain Gage Method,  ASTM Standard E837.

18  – Duane, k., Miller, Omorw, Blodgett, r., Scott, Fabricators and erectors guide to weld steel construction.

19  – Mirjan, stress relive with method of non destructive of vibration.

20  – E-915-96, Reapproved  200, Standard test method for verifying the alignment of x-ray diffraction instrumentation for residual stress measurement.

21  – http://centerwelding.com

22  – http://edu.nano.ir

23  – http://protoxrd.com

24  – http://ukessays.com

25  – http://tml.jp

26  – Michaleris, P., 1996. Residual Stress Distributions for Multi-pass Welds in Pressure Vessel and Piping Components. In Proceedings of the ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Montréal, Canada, Vol. 327, pp. 17–27.

27  – Northern Scientific & Technology Compan, Guide for application of ultrasonic impact treatment improving fatigue life of welded structures.

28  – Rosina, N. S., Dassistia, B. M., Benyounisb, K. Y., Olabib, A. G. Methods of Measuring Residual Stresses in Components.

29  – Withers, Badeshi, H. K. Residual stress measurement techniques.

30  – Gou,  R., Zang, Y., residual stress measurement of new and in service x70 pipe lines by x ray diffraction method.

31  – Rybick, E. F. Schmuser, D. W. Stonesifer, R. B. Groom, J.J.  Mishler, H.W., 1978.  A Finite Element Method for Residual Stress in Girth-Butt Welded Pipes. ASME, Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 100, pp. 256-262.

32  – UP System Operational Manual up – 500.

33  – Monin, V.Gurova, R. J. T., X-ray study of the inhomogeneity of surface residual stresses after shot peening treatment.

34  – Veli-Mattie Lihavainen, Gary Marquis, estimation of fatigue life improvement for ultrasonic impact treated welded joints.

35  – www.irannano.com

36  – www.ndttester.com

37 – Kudryavtsev, Kleiman, J., Increasing Fatigue Strength of Welded Joints

By Ultrasonic Impact Treatment.

 

38 – Kudryavtsev, y., Fatigue Improvement of Welded Joints by Ultrasonic Impact                                  Treatment.

ABSTRACT

Stress Relieved and quality recovery of weld line is one of the important subject in welding field. Residual stress reduces life time of weld joint and change the weld structure formation. Target of this research is survey the residual stress in two samples that stress had been relieved with two method, heat treatment and ultrasonic for this research two carbon steel plates weld and separated to three equal part.stress relieved of sample a did by heat treatment method and sample b by ultrasonic method. After that the amount of residual stress determined by hole drilling method.The amount of residual stress of sample c that no stress reliving done on it, determined with same method. To validate the results of hole drilling method, samples was also tested by x-ray different method. Results shows that stress relieving by ultrasonic impulse has better effect than heat treatment method and residual stress in sample b is lower than sample a.

KEYWORD: Ultrasonic impact treatment, heat treatment, hole drilling method, x-ray diffraction.

Islamic Azad University

Jasb Branch

Faculty of Mechanical Eng.

 

A Thesis Submitted In Partial Fulfillment of the Requirements For

The Degree of M.Sc in Mechanical Eng.

 

Title

Investigation Residual stresses after stress reliving by Heat treatment and Ultrasonic Methods

 

Supervisor

Dr. Honarpishe Mohammad

 

By

Zandian vahid

 

Jun 2014


 

 

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسي تنش هاي پسماند، در نمونه هاي تنش زدایی شده به روش حرارتی و آلتراسونیک”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

− 3 = 4