بررسی تنش های پسماند، در نمونه های تنش زدایی شده به روش حرارتی و آلتراسونیک

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.

فهرست مطالب

چکیده......................................................................... 1

 فصل اول: کلیات تحقیق

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

1-2-  فصل بندی مطالب........................................................................................4

1-3- نحوه تشكیل تنش های پسماند........................................................................5

1-3-1-  تشریح تنش پسماند در جوش.............................................................................6

1-3-2-  روش های بهبود استحكام خستگی............................................................................10

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

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

1-4-3-  تنش زدایی ارتعاشی.................................................................................................................................16

1-4-4-  روش اضافه باری.....................................................................................................................................17

1-4-5-  روش ساچمه كاری..................................................................................................................................17

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

1-5-  روش های اندازه گیری تنش های پسماند......................................................................................19

1-5-1-  روش سوراخ مركزی................................................................................................................................24

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

1-5-3- روش انحنا ولایه برداری............................................................................................................................31         

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

1-5-5- روش تفرق نوترون....................................................................................................................................32

1-5-6-  روش رهاسازی ترك................................................................................................................................32

1-5-7- روش مغناطیسی.........................................................................................................................................33

1-5-8- روش ماورا صوتی.....................................................................................................................................33

 فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

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

2-2-  مطالعات انجام شده در زمینه تنش زدایی و تنش های پسماند................................................. 36

 فصل سوم: روش تحقیق

3-1-مقدمه ........................................................................................................................42   

  3-2-  آماده سازی نمونه ها جهت جوشكاری.......................................................................................... 42

3-3-  فرآیند جوشكاری نمونه ها به روش TIG........................................................................43

3-4-  آماده سازی نمونه ها جهت تنش زدایی.............................................................................45

3-5-  عملیات تنش زدایی حرارتی بر روی نمونه A..................................................................46

3-6-  عملیات تنش زدایی با ضربات آلتراسونیك..................................................................................  48

3-6-1-  مكانیزم رفتار دستگاه UIT بر روی جوش............................................................................................  49

3-6-2-  معرفی دستگاه UP-500......................................................................................................................  52

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

3-6-4-  عملیات تنش زدایی با ضربات آلتراسونیك برروی نمونه B.................................................................  55

3-7- نمونه بدون تنش زدایی (نمونه C)...................................................................................................  56

3-8- اندازه گیری تنش پسماند به روش سوراخ مركزی......................................................................  56

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

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

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

3-9- اندازه گیری 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-  نتایج به دست آمده از روش HOLE DRILLING...................................................................  70

4-3- بررسی و تحلیل نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی.................................................... 71

4-4-  نتایج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس......................................................... 72

4-5- بررسی و تحلیل نتایج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس........................... 74

4-6-  اعتبار بخشی نتایج 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 بندی مطالب................................................................................................................................ 77

5-3- پیشنهادات................................................................................................................................................. 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 ریز از سطح قطعه به سمت مرکز قطعه................................................15

شکل 1-6- تغییر شکل یا اعوجاج  در اثر تغییر 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 ای 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- مكانیزم و رفتار دستگاه تنش زدایی آلتراسونیك .......................................................50

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

شکل 3-6- ژنراتور دستگاه آلتراسونیك.......................................................................................53

شکل 3-7- ابزار انتقال دهنده در دستگاه تنش زدایی آلتراسونیك................................................54

شکل 3-8- سر های مربوط به دستگاه تنش زدایی آلتراسونیك...................................................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