ارزیابی تنشهای پسماند در تنش گیری به روشهای حرارتی و فراصوت با استفاده از سوراخکاری مرکزی

مکانیک
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک گرایش ساخت و تولید ارزیابی تنشهای پسماند در تنش گیری به روشهای حرارتی و فراصوت با استفاده از سوراخکاری مرکزی 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 می باشد. 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 : تنش-زدایی حرارتی روش سوراخ مرکزی استاندارد پراش اشعه ایکس تنش زدایی با ضربات آلتراسونیک 1-1) مقدمه اغلب سازه ها در صنعت، از قطعـــات مختلفی كه توسط فرآیند هایی مثل ریخته گـری، آهنگــــری، نورد، ماشینكاری، جوشكاری و تولید شده اند، تشكیل شده اند كه با كمك فرآیند های گوناگونی به یكدیگر متصل می شوند. روش های مختلف اتصال را میتوان بر اساس فرآیند های عملی و علمی به گروه های زیر طبقه بندی كرد: • اتصال های مكـانیكــــی (پیچ، پرچ، میخ، پین و.) • اتصال های متالوژیكی (جوشكاری، لحیم كاری و.) • اتصـال های شیمیایــــی (چسب های آلی و معدنی) هر یك از این اتصالات با توجه به وظایفی كه بر عهده دارند در یكی از دسته های زیر قرار می گیرند: • اتصالات موقت مانندپیچ و مهره، پین و. • اتصالات نیمه موقت مانند پرچ، لحیم كاری نرم و بعضی از چسب ها • اتصالات دائمی مانند فرآیند های جوشكاری، لحیم كاری سخت و اغلب چسب ها با واكنش های شیمیایی فرآیند های جوشكاری به عنوان فرآیند هایی جهت ایجاد پیوستگی مولكولی بین دو یا چند قطعه فلزی كه حداقل یكی از آنها در اثر حرارت، ذوب موضعی شده یا به حالت خمیری در آمده باشد، برای هر دو منظورساخت قطعات اولیه و نیز اتصال آنها دارای كاربرد وسیعی در جوامع صنعتی است. صرفه اقتصادی این اتصالات در مقایسه با دیگر اتصالات به لحاظ طول عمر بیشتر و نیز اطمینان خاطری كه به دلیل استفاده از مواد مشابه با ماده اصلی ایجاد می كند، برخی از دلایل ارجحیت این فرآیند است]1 [.از جمله فرایندهایی 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 شدنهای متوالی جوش و مناطق نزدیك آن و عدم امكان جابجایی در بعضی جهات، تنشهای پسماند داخلی در جوش و مناطق مجاور آن بوجود می آید. تنش پسماند تنشی است كه بر اثر انجام عملیات خاص نظیر جوشکاری در جسم باقی می‌ماند و در حالی كه جسم تحت هیچ بارگذاری خارجی نیست نیز 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. فهرست مطالب چکیده 1 فصل اول: کلیات تحقیق 1-1- مقدمه.3 1-2- فصل بندی مطالب4 1-3- نحوه تشكیل تنش های پسماند5 1-3-1- تشریح تنش پسماند در جوش6 1-3-2- روش های بهبود استحكام خستگی9 1-4- روش های تنش زدایی و طبقه بندی آنها.10 1-4-1- تنش زدایی طبیعی.12 1-4-2- تنش زدایی حرارتی12 1-4-3- تنش زدایی ارتعاشی.16 1-4-4- روش اضافه باری.17 1-4-5- روش ساچمه كاری17 1-4-6- تنش زدایی جوش با ضربات آلتراسونیك (UIT).18 1-5- روش های اندازه گیری تنش های پسماند19 1-5-1- روش سوراخ مركزی24 1-5-2- روش پراش پرتو X24 1-5-3- روش انحنا ولایه برداری31 1-5-4- روش تفرق الكترون31 1-5-5- روش تفرق نوترون32 1-5-6- روش رهاسازی ترك32 1-5-7- روش مغناطیسی.33 1-5-8- روش ماورا صوتی.33 فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده 2-1- مقدمه36 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 TIG43 3-4- آماده سازی نمونه ها جهت تنش زدایی.45 3-5- عملیات تنش زدایی حرارتی بر روی نمونه A46 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 ایکس75 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 C84 فهرست شکل ها شکل 1-1- طبقه بندی انواع روشهای جوشکاری و تنش-زدایی 10 شکل 1-2- طبقه بندی انواع روشهای تنش-زدایی 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 قطعه15 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 کرنش سنج 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 پسماند22 شکل 1-11- نمونه ای از دستگاه HOLE DRILLING24 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 اشعهX30 شکل 1-21- گونه های متفاوت اعمال شده در روش پرتو شدید X.32 شکل 3-1- شمای کلی فرآیند جوشکاری به روش TIG44 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 آلتراسونیك54 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 نمونه60 شکل 3-13- نمای کلی از دستگاه HOLE DRILLING.61 شکل 3-14-نمونه سوراخ شده در محلSTRAIN GAUGE پس از انجام عملیات62 شکل 3-15- نمونهA وB جهت اندازه گیری 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 حرارتی74 مراجع 80