پارس پروژه پرتال خدمات دانشگاهی
کد محصول MV3
تعداد صفحات: 173 صفحه فایلWORD
قیمت: 40000 تومان
چكيده
یکی از پدیده هایی که در اثر عملیات جوشکاری گاهی بروز کرده و باعث اثرات نامطلوب بر روی خواص مکانیکی قطعات می گردد، تنش های باقیمانده می باشد. آشنایی با نحوه ی ایجاد این تنش ها و چگونگی عملکردشان در تأثیرگذاری روی خواص مکانیکی قطعه بستر مناسبی را برای مقابله با آن ها ایجاد می نماید. به همین جهت در اینمقاله ابتدا علت وجودی تنش باقیمانده و اثرات این تنشها بر روی قطعات جوشکاری شده مورد بررسی قرار گرفته و سپس به روشهای پیش بینی تنش های باقیمانده اشاره شده است.در ادامه تکنیک های گوناگون اندازه گیری تنش های باقیمانده ضمن بررسی با یکدیگر مقایسه گردیده و در نهایت روش ها و پیشنهادهایی جهت کاهش و یا حذف تنش باقیمانده در قطعات جوشکاری شده آمده است.
كلمات كليدي: تنش باقیمانده، تنش های حرارتی، جوشکاری، اعوجاج، اندازه گیری تنش های باقیمانده، تنش گیری
فصل اول 1
مقدمه 1
فصل دوم 3
تنش های باقیمانده و اعوجاج 3
2-1 مقدمه 3
2-2 علت وجودی تنش های باقیمانده 5
2-3 پیش بینی تنش های باقیمانده جوشکاری 6
2-4 تنش های باقیمانده ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک 7
2-5تشکیل تنش های باقیمانده 8
2-5-1 تنش های باقیمانده تولید شده توسط مکانیزم عدم انطباق 8
2-5-2 تنش های باقیمانده تولید شده توسط مکانیزم توزیع غیر یکنواخت کرنش های غیر الاستیک 10
2-6 منبع تنش های باقیمانده 12
2-7 شرایط تعادل تنش های باقیمانده 12
2-8 تنش های حرارتی در هنگام جوشکاری و تنش های باقیمانده حاصله 13
2-9 حرکت فلز در هنگام جوشکاری 15
2-10 تنش های باقیمانده و تنش های عکس العملی در قطعات جوشکاری شده 16
2-11 تنش های باقیمانده در جوش لبه 18
2-12تکنیک هایی برای آنالیز تنش های باقیمانده و اعوجاج 19
2-13 اثرات تنش های باقیمانده 21
2-13-1 شکست تحت تنش های کششی 21
2-13-1-1 تغییرات تنش های باقیمانده در قطعات جوشکاری شده در معرض بارگذاری کششی قرار گرفته 21
2-13-1-2 اثرات تنش های باقیمانده بر روی شکست ترد ساختمان های جوشکاری شده 22
2-13-2 اثرات عملیات تنش گیری بر روی شکست ترد اتصال جوشکاری شده 25
2-13-3 کمانش تحت بارگذاری فشاری 26
2-13-3-1 ستون های تحت بارگذاری فشاری 27
2-13-3-2 پلیت ها و ساختمان های پلیتی تحت بارگذاری فشاری 28
2-13-3-3 ترکیب اثرات تنش های باقیمانده و اعوجاج 30
2-13-4 اثرات تنش های باقیمانه بر شکست خستگی ساختمان های جوشکاری شده 31
2-13-5 اثرات محیط 32
2-14 نتیجه گیری 34
فصل سوم 35
روش های پیش بینی تنش های باقیمانده 35
3-1مقدمه 35
3-2 ویژگی های مسئله 36
3-2-1 تحلیل انتقال حرارت طی جوشکاری 38
3-2-1-1 روش های حل تحلیلی بسته 38
3-2-1-2 روش تفاضل متناهی 41
3-2-1-3 شیوه حل المان محدود 49
3-2-2 تحلیل المان محدود تنش های باقیمانده 52
3-2-2-1 تحلیل یک بعدی 52
3-2-2-2 تحلیل المان محدود 53
3-2-3 روش های تحلیلی تنش های باقیمانده 55
3-3 نتیجه گیری 60
فصل چهارم 61
اندازه گیری تنش های باقیمانده در اتصالات جوشکاری شده 61
4-1 مقدمه 61
4-2 دسته بندی تکنیک های مورد استفاده برای اندازه گیری تنش های باقیمانده 61
4-2-1 اندازه گیری تنش های باقیمانده به وسیله تکنیک های رهاسازی تنش 64
4-2-1-1 تکنیک تکه تکه کردن پلیت و استفاده دستگاه های اندازه گیری تغییر بعد نسبی مقاومت الکتریکی 65
4-2-1-2 تکنیک گننرت برای پلیت ها 69
4-2-1-3 تکنیک سوراخ کردن مَتَر-سوئت 70
4-2-1-4 تکنیک استحاله كرنش 72
4-2-1-5 تکنیک فرز کاری متوالی 80
4-2-1-6 تکنیک ماشینکاری 81
4-2-1-7 تکنیک تکه تکه کردن 81
4-2-1-8 تکنیک داخل تراشی 82
4-2-1-9 تکنیک سوراخ کردن گننرت 82
4-2-1-10 تکنیک تقسیم بندی شبکه ای 83
4-2-1-11 تکنیک سوراخ کردن همراه با استفاده از پوشش های ترد 83
4-2-1-12 تکنیک سوراخ کردن همراه با پوشش فتوالاستیک 83
4-2-2 اندازه گیری تنش های باقیمانده به وسیله پراش اشعهx 85
4-2-2-1 تکنیک فیلم اشعه ایکس 87
4-2-2-2 تکنیک دیفرکتومتر اشعه ایکس 88
4-2-3 تعیین تنش های باقیمانده به وسیله اندازه گیری خواص حساس به تنش 88
4-2-3-1 تکنیک های اولتراسونیک 88
4-2-3-2 تکنیک اندازه گیری سختی 91
4-2-4 تعیین تنش های باقیمانده به وسیله تکنیک های القاء هیدروژن و ترک خوردن خوردگی تنشی 93
4-2-4-1تکنیک ترک خوردن ناشی از القاء هیدروژن استفاده شده برای نمونه های فولادی، با استحکام بالا 93
4-2-4-2تکنیک ترک خوردن خوردگی تنشی استفاده شده برای نمونه های فولادی 93
4-2-5 روش های اندازه گیری تنش بدون توسل به اندازه گیری کرنش 94
4-2-5-1 روش اکوستوالاستیک 94
4-2-5-2 روش کرنش مغناطیسی 95
4-2-5-3 روش طنین بارخوسن 96
4-3 انتخاب و استفاده از تکنیک اندازه گیری مناسب و ارزیابی نتایج 97
4-3-1 انتخاب تکنیک اندازه گیری مناسب 97
4-4 طریقه ی آماده سازی قطعه برای اندازه گیری تنش هاي باقیمانده 103
4-4-1 مشخصات اتصال جوشي 103
4-4-2 آماده سازي سطح 103
4-4-3 گريس (روغن) زدايي 104
4-4-4 سنباده زني 105
4-4-5 رسم خطوط نشانه براي كرنش سنج 105
4-4-6 مهيا سازي سطح 105
4-4-7 خنثي سازي 106
4-4-8 نصب كرنش سنج 106
4-4-9 مشخصات كرنش سنج 109
4-4-10 مشخصات دستگاه سوراخ كننده 109
4-5 نتیجه گیری 111
فصل پنجم 112
انواعی از تنش های باقیمانده در اتصالات جوشکاری شده 112
5-1 مقدمه 112
5-2 توزیع تنش های باقیمانده در چند نوع جوش 112
5-2-1 جوش مسدود 112
5-2-2 اشکال و ستونهای جوشکاری شده 113
5-2-3 لوله های جوشکاری شده 114
5-3 تنش های باقیمانده در قطعات جوشکاری شده مواد مختلف 116
5-3-1 جوش های فولادی با استحکام زیاد 118
5-3-2 جوش های آلیاژهای آلومینیم 119
5-3-3 جوش های آلیازهای تیتانیم 120
5-4 فاکتورهای مختلف موثر بر تنش های باقیمانده در جوشکاری 121
5-4-1 اثر طول نمونه 122
5-4-2 اثر عرض نمونه 124
5-4-3 ضخامت پلیت(تنش های باقیماده و قطعات جوشکاری شده سنگین) 124
5-4-4 تنش های باقیمانده در قطعات جوشکاری شده توسط عملیات های مختلف جوشکاری 126
5-4-5 اثرات ترتیب جوشکاری بر تنش های باقیمانده 126
5-5 نتیجه گیری 127
فصل ششم 128
طراحی و روش های کاهش تنش های باقیمانده و اعوجاج 128
6-1 مقدمه 128
6-2 کاهش تنش های باقیمانده 128
6-2-1 اثر مقدار جوش و ترتیب جوشکاری 129
6-3 کنترل اعوجاج 129
6-3-1 طراحی 129
6-3-2 روش مونتاژ 130
6-4 روش خم کردن قبلی 132
6-5 پیش گرم کردن 133
6-6 برطرف کردن اعوجاج 133
6-6-1 تاب گیری گرمایی 134
6-6-2 پرس کردن 134
6-6-3 سایر روش ها 134
6-7 عملیات مکانیکی و گرمایی بر روی قطعات جوشکاری شده 134
6-7-1 دلایل انجام عملیات مکانیکی و حرارتی بر روی قطعه جوشکاری شده 135
6-7-2 کدهای لازم 136
6-8 عملیات گرمایی متداول قطعات جوشکاری شده 136
6-8-1 پیش گرم کردن 136
6-8-2 عملیات گرمایی بعد ازجوشکاری 139
6-8-3 تنش گیری گرمایی 140
6-8-4 تنش گیری کنترل شده در درجه حرارت پائین 141
6-9 کار مکانیکی بر روی فلز توسط ضربات شدید 142
6-10 عملیات تنش گیری مکانیکی 144
6-11 تنش گیری ارتعاشی 145
6-11-1 مکانیزم تنش گیری ارتعاشی و نحوه ی انجام آن 145
6-11-2 دامنه کاربرد 146
6-11-3 مدت زمان لازم برای انجام فرایند تنش گیری 147
6-11-4 شیوه تعیین کاهش تنش 147
6-11-5 محدودیت ها 149
6-12 نتیجه گیری 150
فصل هفتم 151
نتیجه گیری 151
مراجع 153
فهرست اشکال
عنوان صفحه
فصل اول 1
مقدمه 1
فصل دوم 3
تنش های باقیمانده و اعوجاج 3
شکل 2-1 تنش های انقباضی طولی و عرضی در جوش لب به لب 3
شکل 2-2 تنش های انقباضی طولی و عرضی در جوش گوشه 4
شکل 2-3 اعوجاج در جوش لب به لب 4
شکل2-4 اعوجاج در جوش گوشه 5
شکل2-5 روند منظم پیش بینی تنش های باقیمانده ایجاد شده به واسطه جوشکاری و نتایج حاصل از آنها 6
شکل 2-6 تنش های باقیمانده ماکروسکوپیک در مقیاسهای مختلف 7
شکل2-7 تنش های باقیمانده تولید شده در وقتی که میله های باطول های مختلف با اعمال نیرو به همدیگر اتصال داده شوند 8
شکل 2-8 منحنی درجه حرارت تنش در میله وسطی اسکلت سه میله ای 9
شکل 2-9 شماتیک نشان دهنده تغییرات درجه حرارت و تنش در هنگام جوشکاری 13
شکل 2-10 تغییر فرم (انحراف) مرکز لبه پایینی پلیت مستطیل شکل ناشی از گرم کردن طول لبه بالایی (به وسیله منبع گرمایی متحرک) و سرد شدن بعدی آن 15
شکل 2-11 مثالی از توزیع تنش های باقیمانده در جوش لب به لب 17
شکل 2-12 تنش های باقیمانده در جوش لبه 18
شکل 2-13 روش های آنالیز تنش های باقیمانده در قطعات جوشکاری شده 20
شکل 2-14 شماتیک توزیع تنش ها در جوش لب به لب وقتی که بارهای یکنواخت کششی اعمال شود و تنش های باقیمانده حاصل شده، بعد از باربرداری آزاد گردد. 23
شکل 2-15 اثرات شیار تیز و تنش باقیمانده بر روی استحکام شکست 24
شکل 2-16 اثرات عملیات حرارتی تنش گیری بر روی مشخصات شکست ترد نمونه های پلیتی پهن جوشکاری شده شیاردار 26
شکل2-17 اثرات تنش های باقیمانده بر روی استحکام کمانشی ستون ها 28
شکل 2-18 نمونه های پانلی فولادی استفاده شده به وسیله فوجیتا و یوشیتا 29
شکل 2-19 پوسته پلیتی کف کشتی باری که بطور عرضی دارای چارچوب جوشکاری شده است. 31
شکل 2-20 تغییر در توزیع تنش پوسته و منحنی انحراف پوسته کف 31
شکل2-21وضعیت ترک ها در جوش لب به لب فولاد SAE340 . بعد از اینکه به مدت 50 دقیقه جوش در معرض شارژ هیدروژن قرار داشته، در روغن کوئنچ و در درجه حرارت ℃260 تمپر شده است 33
فصل سوم 35
روش های پیش بینی تنش های باقیمانده 35
شکل3-1یک شکل معمول جوشکاری 36
شکل3-2 چهار قسمت مهم جوش که تحت پیشینه ی حرارتی متفاوت قرار گرفته اند 37
شکل3-3 پیشینه ی حرارتی و تغییرات خواص فیزیکی 37
شکل 3-4 سیستم محورهای مختصات و مدل منبع حرارت 43
شکل 3-5 ابعاد سیستم شبکه ای و مش 43
شکل3-6 خط هم دمایی دمای سالیدوس و دمای ℃ 723 برای ورق به ضخامت 6 میلی متر 47
شکل 3-7 خط هم دمایی دمای سالیدوس و دمای ℃ 723 برای ورق به ضخامت 8 میلی متر. 47
شکل 3-8 خط هم دمایی دمای سالیدوس و دمای ℃ 723 برای ورق به ضخامت 10 میلی متر 47
شکل 3-9 خط هم دمایی دمای سالیدوس و دمای ℃ 723 برای ورق به ضخامت 12 میلی متر. 48
شکل 3-10 توزیع دمایی روی سطح ورقی به ضخامت 16 میلی متر از جنس فولاد نرم که نشان می دهد طی 130 ثانیه از ℃ 800 تا ℃ 500 خنک می شود 48
شکل 3-11 توزیع دمایی روی سطح ورقی به ضخامت 12 میلی متر از جنس فولاد نرم که نشان می دهد طی 23 ثانیه از ℃ 800 تا ℃ 500 خنک می شود 49
شکل 3-12 الف) توزیع معمول تنش باقیمانده طولی در عرض پهنای ورق ب) مدل ساده توزیع تنش باقیمانده 57
شکل 3-13 تعریف اصطلاحات روابط 3-29 تا 3-30 60
فصل چهارم 61
اندازه گیری تنش های باقیمانده در اتصالات جوشکاری شده 61
شکل 4-1 تکنین رها سازی تنش که بر روی یک پلیت بکار برده شده است 65
شکل 4-2 تکنیک گننرت برای اندازه گیری تنش های باقیمانده در پلیت 70
شکل 4-3 ترتیب ستاره ای اندازه گیرنده های کرنش در تکنیک سوراخ کردن مَتَر-سوئت. 71
شکل 4-4 روش استحاله كرنش 73
شکل4-5 تنش در p(R,a) قبل و بعد از ایجاد سوراخ. 74
شکل 4-6 تغییر کرنش های مماسی و شعاعی با فاصله از مرکز سوراخ ایجاد شده تنش باقیمانده تک محوری 75
شکل4-7 آرایش کرنش سنج رست در تعیین تنش باقیمانده 76
شکل 4-8 کرنش آزاد شده و عمق حفره 78
شکل 4-9 نمودار درصد کرنش آزاد شده بر حسب عمق حفره 78
شکل4-10 ضرایب و در عمق کامل حفره ( ) 80
شکل 4-11: اندازه گیری تنش های باقیمانده به وسیله برداشتن متوالی لایه های فلز 81
شکل 4-12 تکنیک تکه تکه کردن روزنتال-نورتون 82
شکل 4-13 متد سوراخ کردن گننرت 82
شکل 4-14: الگوی ترک های حاصله تحت شرایط مختلف تنش سطحی نشان داده شدن توسط تلفیق روش حفره مَتر و پوشش های ترد 84
شکل 4-15 شماتیک سیستم نوری پلاریسکوپ انعکاسی 84
شکل 4-16 تفرق حاصل شده توسط انعکاس موج تک رنگ هم فاز از روی صفحات اتمی مجاور 86
شکل 4-17 دیاگرام های شماتیک برای تکنیک های تفرق اشعه ایکس 87
شکل 4-18 تکنیک امواج اولتراسونیک پلاریزه شده 87
شکل4-19 تفرق دوبل صوتی مربوط به میدان تنش صفحه ای 95
شکل4-20 شمای کلی از یک سنسور غیر ایزوتروپ مغناطیسی 96
شکل 4-21: شمای ساختمان سنسور BHN 97
شکل 3-22 توزیع تنش های باقیمانده در جهت ضخامت 101
شکل 4-23 گریس زدایی 104
شکل 4-24 سنباده زنی 105
شکل 4-25 سنباده زنی 106
شکل 4-26 قرار دادن ترمینال در فاصله 2 میلی متری کرنش سنج 107
شکل4-27 چسباندن نوار چسب 107
شکل4- 28 برگردندن نوار چسب 107
شکل4-29 کشیدن کاتالیزور به وسیله قلم مو روی کرنش سنج 108
شکل4-30 ریختن چسب بر روی سطح نمونه در محل تماس با نوار چسب 108
شکل4-31 چسباندن تنزيب نوار چسب به سطح 108
شکل4-32 قرار دادن انگشت شصت بر روی کرنش سنج 109
شکل4-33 برداشتن نوار چسب 109
شکل4-34 رست ساعتگرد 110
شکل4-35 استفاده از میکروسکوپ 110
فصل پنجم 112
انواعی از تنش های باقیمانده در اتصالات جوشکاری شده 112
شکل5-1 توزیع تئوریکی و تجربی تنش های باقیمانده در جوش مسدود 113
شکل 5-2 مثال هایی از توزیع تنش های باقیمانده در مقاطع جوشکاری شده 114
شکل 5-3 تنش های باقیمانده در لوله ی جوشکاری شده. 115
شکل 5-4 تنش های باقیمانده در جوشکاری محیطی لوله ی از جنس فولاد کم کربن 115
شکل 5-5 تنش های تسلیم فلزات ساختمانی در درجه حرارت های زیاد. 117
شکل 5-6 ماکزیمم کرنش های مکانیکی مشاهده شده در فاصله ی یک اینچی خط جوش بر حسب استحکام تسلیم پلیت اصلی 118
شکل 5-7 توزیع تنش های باقیمانده ی طولی در جوش لب به لب فولاد با استحکام زیاد 118
شکل 5-8 توزیع استحکام تسلیم و تنش های باقیمانده طولی در پلیت جوشکاری شده از جنس آلیاژ آلومینیوم5456-H321 با پهنای 36 اینچ و ضخامت 5/0 اینچ 120
شکل 5-9 توزیع تنش های باقیمانده در قطعات جوشکاری شده از جنس آلیاژ تیتانیوم 121
شکل 5-10 نمونه های استفاده شده جهت تحقیق اثر طول جوش بر تنش های باقیمانده 122
شکل 5-11 توزیع تنش های باقیمانده در طول های مختلف جوش های لب به لب 123
شکل 5-12 اثر طول جوش بر روی تنش های باقیمانده 124
شکل 5-13 توزیع تنش های باقیمانده در جهت ضخامت فلز جوش اتصال لب به لب 125
فصل ششم 128
طراحی و روش های کاهش تنش های باقیمانده و اعوجاج 128
شکل 6-1 روش های مرتب کردن قطعات قبل از جوشکاری برای جوش های لب به لب و گوشه 131
شکل 6-2 ترتیب گیره ای که از اعوجاج زاویه ای جلوگیری کرده ودر عین حال قطعه می تواند انقباض عرضی آزاد داشته باشد 131
شکل 6-3 اسبابی که برای جوشکاری اتصالات T شکلی که تحت کرنش اولیه پلاستیک قرار می گیرند، استفاده می شود 132
شکل 6-4 منحنی های تنش سطحی لازم برای بدست آوردن تغییر زاویه ای صفر، بر حسب ضخامت پلیت فلانچ 133
شکل 6-5 اثر پیش گرم کردن بر روی تغییر زاویه ای اتصال جوش گوشه ای 133
شکل6-6 اثر درجه حرارت و زمان بر عملیات تنش گیری گرمایی 141
شکل 6-7 نمونه هایی از به کارگیری روش تنش گیری ارتعاشی جهت کاهش تنش های باقیمانده در قطعات جوشکاری شده 146
شکل6-8 زمان لازم برای تنش گیری با توجه به وزن قطعه 147
شکل 6-9 نمودار نحوه ی توزیع تنش در ناحیه اطراف خط جوش 149
فهرست جداول
عنوان صفحه
فصل اول 1
مقدمه 1
فصل دوم 3
تنش های باقیمانده و اعوجاج 3
جدول 2-1 محیط هایی که منجر به ترک خوردن خستگی تنشی می شوند 33
فصل سوم 35
روش های پیش بینی تنش های باقیمانده 35
جدول3-1 ترکیب شیمیایی فولاد C-Mn 46
جدول 3-2 خواص حرارتی وابسته به دما 46
جدول 3-3 خواص مکانیکی وابسته به دما در فولاد C-Mn 46
جدول 3-4 پارامترهای جوشکاری 47
جدول 3-5 مقادیر فاکتور C برای فرآیندهای مختلف جوشکاری 58
فصل چهارم 61
اندازه گیری تنش های باقیمانده در اتصالات جوشکاری شده 61
جدول4-1 دسته بندی تکنیک های اندازه گیری تنش های باقیمانده. 63
جدول 4-2 خلاصه ای از تکنیک هایی که برای اندازه گیری تنش های باقیمانده در قطعات جوشکاری شده استفاده می گردند. 66
جدول 4-3 خواص فلزات به واسطه ی آنالیز با اشعه x 86
جدول4-4 اثر کرنش بر روی سختی کوکوبو. 92
جدول 4-5 مشخصات تکنیک های اندازه گیری تنش های باقیمانده 99
فصل پنجم 112
انواعی از تنش های باقیمانده در اتصالات جوشکاری شده 112
جدول 5-1 مقایسه خواص فیزیکی فولاد، آلومینیوم وتیتانیوم. 117
فصل ششم 128
طراحی و روش های کاهش تنش های باقیمانده و اعوجاج 128
جدول 6-1 رنج درجه حرارتهای که برای عملیات حرارتهای تنشگیری تعدادی از فولادها استفاده می شود 142
جدول6-2 شرکت های که از تنش گیری ارتعاشی در تولیدات صنعتی خود استفاده می کنند 149