دانلود پروژه تخمین تنش پمساند با استفاده از روش های غیر مخرب – قسمت چهارم

دانلود پایان نامه

– مواد پایانی (خلاصه)

ایجاد و گسترش تكنیك های كوبكاری لیزری كه حدود 30 سال قبل در ایالات متحده شروع شد در چند سال گذشته با پیشرفت لیزرها در چند سال اخیر، به صورت فزاینده ای در حال گسترش در سراسر جهان می باشد. در مقام مقایسه، در ژاپن، یك فرآیند كاری كه نیازی به انجام یك پیش عملیات روی سطح كار نداشت، 10 سال قبل پایه گذاری شد. از آن به بعد، كاربردهای عملی مربوط به كوبكاری لیزری برای راكتور هسته ای توسط ایجاد تكنیك های انتقال لیزری و كنترلی كه عملكرد از راه دور را عرضه می كند، شروع شده است و كوبكاری لیزری قبل از آن در 9 شركت در ژاپن بكار رفته بود.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

این مقاله یك برون نمای كلی مربوط به مفید بودن كوبكاری لیزری برای تنش پسماند فلز جوش و ناحیه تحت تأثیر حرارت را بدست می دهد. لطفاً به قسمت های مرجع مطابق با تكینك های انتقال راه دور برای لیزر پالس قدرت بالا و تكنیك های كانونی اتمیك، مراجع كنید.

  فصل دوم

بررسی تنش پسماند و عملیات حرارتی پس از جوش در جوشهای چندپاسه با آزمایش ها و روش المان محدود

 چكیده

توزیع تنش پسماند پس از جوشكاری و پس از یك عملیات حرارتی پس از جوش كاری به وسیله یك تحلیل جریان گرمایی موقت المان محدود در ارتباط با یك تحلیل زوج گرمایی- مكانیكی تعیین شده است. برای بررسی نتایج عددی تنش پسماند، سطح یك جوش لب به لب چند پاسه، به وسیله تكنیك ایجاد سوراخ اندازه گیری شد و با پیش بینی های تحلیل المان محدود مورد مقایسه قرار گرفت. تحلیل عددی برای دو جوش چند پاسه دارای صفحات ضخیم مورد استفاده قرار گرفت كه در ساخت كشتی بكار می رفتند. یك اتصال جوش 12 پاس دارای شیار K با صفحه mm56 ، و یك اتصال جوش 9 پاس دارای شیار V با صفحه mm32 ، یك تنش پسماند حداكثر MPa316 در صفحه mm56 مشاهده شد، اما پس از عملیات حرارتی بعد از جوشكاری به MPa39 كاهش یافت.

 1- مقدمه

جوشكاری ذوبی یك فرآیند اتصالی است كه در ساخت كشتی، پل های فولادی، مخازن فشار و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. مزیت جوشكاری به عنوان یك فرآیند اتصال دهنده، عبارتست از كارآیی زیاد اتصال، برپایی آسان، انعطاف پذیری و هزینه كم تولید می باشد. جوشكاری ذوبی اگرچه دارای بسیاری ویژگی های صنعت است اما می تواند خواص مواد را تغییر داده و باعث خمش (انحراف)، انقباض و یا تنش پسماند در اتصال شود. یك عملیات حرارتی پس از جوش بطور گسترده برای كاهش تنش پسماند ناشی از جوشكاری توصیه می شود.

تنش های حرارتی در طول جوشكاری در اثر توزیع دمای غیر همگون در اطراف اتصال به وجود می آید. با افزایش دمای فلز پایه، قدرت حاصله كاهش و تنش گرمایی افزایش می یابد. این امر كاملاً مشخص شده كه تنش های پسماند تأثیر زیادی بر تغییر شكل جوش، استحكام خستگی، تافنس شكست و استحكام پیچش دارد. بنابراین، ارزیابی و درك تنش های پسماند ناشی از جوشكاری مهم است.

روش های زیادی برای ارزیابی توزیع تنش پسماند وجود دارد. روش های آزمایشی شامل پراش اشعه x ، تحلیل فرا صوتی، ایجاد سوراخ و برش است. روش های عددی كه تحلیل های مفصل از تنش های پسماند ناشی از جوشكاری را ارائه می دهد. در طول سه دهه گذشته به علت پیشرفت رایانه ها و تكنیك های عددی گسترش قابل توجهی یافته است. در میان این گسترش ها (كار هیبت و ماركال)[1] وجود دارد كه مدل های گرمایی- مكانیكی عددی را با استفاده از روش المان محدود ارائه نمود. (روللنز و همكاران)[2] نتایج آزمایشی را كه به وسیله تفرق اشعه x با یك تحلیل عددی برای تنش های پسماند تعیین شده بود را مورد مقایسه قرار دادند. (جانسون و همكاران)[3] یك مدل عددی را برای جوشكاری چند پاسه و یك دیتا بیس ماده را برای تافنس مونتاژهای جوش       لب به لب بكار رفته در ساختارهای سنگین ارائه نموده است. تأثیر تنش پسماند بر استحكام خستگی در یك پنجه جوش برای اتصال جوش نواری (نبشی) چند پاسه به وسیله (موشیزوكی و همكاران)[4] مورد بررسی قرار گرفته است و تغییرات توالی فرآیند جوشكاری تنش های پسماند در اتصالات جوش آنها را كنترل می كنند.

برای بررسی حاضر، تنش های پسماند بعد از جشكاری پس از یك عملیات حرارتی پس از جوش به وسیله روش المان محدود، تعیین گردید. یك تحلیل زوج گرمایی- مكانیكی دو بعدی با برنامه نرم افزار تجاری ANSYS اجرا گردید. جریان گرما به وسیله یك تحلیل گذاری غیرخطی مورد ارزیابی قرار گرفته بود. نتایج تحلیل عددی برای تنش های پسماند در جوش لب به لب چند پاسه از طریق اندازه گیری های تجربی تنش پسماند سطح با استفاده از روش ایجاد سوراخ مشخص گردید.

 2- تحلیل تنش پسماند

1-2- فرآیند تحلیل

بطور كلی، جوشكاری یك اتصال عمل بسیار پیچیده ای است و مدل سازی كل فرآیند مشكل است. در مطالعه حاضر، از یك تحلیل دو بعدی به منظور ساده كردن این مدل و در عین حال حفظ شاخصه ها و ویژگی های اصلی فرآیند استفاده شد. برای تحلیل مناسب تنش های پسماند و تغییر شكل پسماند به وسیله روش المان محدود، هم تحلیل جریان گرمایی و هم تحلیل زوجی        گرمایی- مكانیكی مورد نیاز است. مدل جریان گرمایی توزیع دما در هر مرحله زمانی را محاسبه می كرد و تنش پسماند به وسیله تحلیل زوجی گرمایی- مكانیكی تعیین می گردید.

برای تحلیل جریان گرمایی از عنصر 42 Plane استفاده شد. در طول تحلیل جریان گرمایی، از مهره دانه های جوش رسوب شده استفاده شد اما زنجیر جوش برای پاس های بعدی حذف گردیدند.

در تحلیل زوجی گرمایی- مكانیكی مهره دانه های مناسب جوش برای هر پالس با روش تولد و مرگ ایجاد شده بودند خواص ماده B400 SM (50.Gr131A) كه در این مدل بكار رفته، در جدول 1 نشان داده شده است. تنش حاصله در دمای اتاق از اندازه گیریهای آزمایشی بدست آمده بود و برای دیگر خواص به مرجع[7] مراجعه شد. استحكام تسلیم ومدل های یانگ مربوط به پایه و فلز جوش تابع درجه حرارت هستند و تغییرات درجه حرارت این خواص در تحلیل عددی با ورودی جدول لحاظ شده بود.

جدول 1- خواص مكانیكی مربوط به B400- SM

1-1-2- تحلیل یك اتصال جوش لب به لب :

برای تولید لایه های زنجیر جوش در یك اتصال جوش لب به لب از پاس های چندگانه استفاده شد. تحلیل عددی جهت بازتاب فرآیند جوش لب به لب دارای مراحل حرارت ورودی چندگانه بود.

شكل 1 هندسه اتصال جوش لب به لب و شبكه المان محدود را نشان می دهد. شكل 2 توالی فرآیند جوشكاری 10 پالس را نشان می دهد. دانه های (زنجیرهای) جوش درمراحل 11A تا 18A به ترتیب رسوب كردند.

شكل 1- ابعاد و شبكه مربوط به جوش لب به لب

شكل 2- توالی جوشكاری برای جوش لب به لب

فرآیند جوش 10 پاس برای كل زمان جوشكاری شبیه سازی شده است. شكل 3 ورودی دمای تحلیلی در طول هر پاس را نشان می دهد. دمای پیش گرم 0c120 و دمای اطراف دمای 0c25 اتاق بود. تحلیل جریان گرمایی غیرخطی برای 190 مورد پس از حذف منبع دما انجام شد. از شرایط مكانیكی برای جلوگیری از حركت سخت بدنه صفحه پایه استفاده شد.

شكل 3- ورودی درجه حرارت برای هر بستر

شكل 4 توزیع تنش های پسماند محاسبه شده به وسیله تحلیل غیرخطی گرمایی الاستیك- پلاستیك بعد از سرد شدن جوش را نشان می دهد. مقادیر ماكزیمم و مینیمم تنش پسماند به ترتیب 333 و MPa267- است.

شكل 4- توزیع تنش پسماند در جوش لب به لب (قبل از عملیات حرارتی جوش)

از یك عملیات حرارتی، پس از جوش كاری برای جوش دادن استفاده می شود. دما بصورت خطی تا 0c600 در طول 1000 ثانیه اول افزایش یافته و سپس تا دمای اتاق در 2600 ثانیه پایانی سرد شد. شكل 5 توزیع تنش پسماند را پس از عملیات حرارتی بعد از جوش نشان می دهد.

شكل 6 نتایج شبیه سازی برای تنش های سطح پسماند را با داده های تجربی در موقعیت های مختلف مقایسه می كند. از روی شبیه سازی می توان دریافت كه تنش پسماند سطح پیش از عملیات حرارتی از 60- تا MPa270 متغیر است. بعد از عملیات حرارتی پس از جوش، تنش پسماند سطح تا یك ماكزیمم MPa38 كاهش می یابد كه 14% از مقدار بیش از عملیات حرارتی است. نتایج شبیه سازی كاملاً، با مقادیر اندازه گیری شده به صورت تجربی مطابقت دارد.

شكل 5- توزیع تنش پسماند در جوش لب به لب (پس از عملیات حرارتی جوش)

شكل 6- مقایسه تنش های پسماند تجربی و شبیه سازی شده

شكل 7- شماتیك مربوط به مكانیسم برای كاهش تنش پسماند

2-2- مكانیسم تنش زایی تنش پسماند :

بعد از جوشكاری و سرد كردن تا دمای اتاق یك تنش پسماند بالا در جوش وجود دارد كه تصور می رود در نقطه A شكل 7 باشد. اگر نمونه پس از عملیات حرارتی باشد، دما بالا می رود. با افزایش دما، استحكام حاصله بطور قابل توجهی كاهش یافته و فشار پسماند تا نقطه B پایین می آید. اگر دما برای یك دوره زمانی ثابت بماند و جوش بتدریج سرد شود حالت تنش تغییر قابل توجهی نكرده و به نقطه C می رسد كه نزدیك نقطه B است.

 3- كاربرد در جوشكاری صفحات ضخیم :

برای كسب موفقیت در شبیه سازی لب به لب از یك شیوه مدل سازی مشابه برای بررسی تنش های پسماند جوشكاری در صفحات ضخیم قطعات بكار رفته در ساخت كشتی استفاده شد. خواص مواد مشابه تحلیل جوش لب به لب هستند (یعنی خواص B400SM در جدول 1)

1-3- اتصال جوش لعاب نوع K

شكل 8 هندسه و شبكه اتصال جوش لب به لب نوع K را نشان می دهد. شكل 9 توالی دانه 12- پاس را نشان می دهد. ترتیب دانه ها به صورت 1A و 2A است كه در ابتدا در بالا جوشكاری شده اند و سپس 3A تا 6A در سمت پایین. و بالاخره دانه های 7A تا 12A به ترتیب توالی، جوشكاری شده اند. دمای پیش گرم اش 0c120 و دمای ورودی برای هر دانه جدید برابر 0c900 با گرمای S2 است. زمان تحلیل جریان گرمایی برای هر دانه برابر با طول كلی اتصال (mm2900) تقسیم بر سرعت جوشكاری (cm/min20) است.

شكل 8- ابعاد و شبكه برای مدل K-groove

شكل 9- توالی جوشكاری برای مدل K-groove

شكل 10 تنش های پسماند را در دمای اتاق و پس از جوشكاری نشان می دهد. تنش های پسماند پیش از عملیات حرارتی گستره ای از یك حداكثر MPa316 تا یك خداقل MPa300- در جوش دارند. در سطح یك ماكزیمم MPa316 تا یك مینیمم MPa145 از پسماند مشاهده می شود.

شكل 11 تنش های پسماند پس از عملیات حرارتی و حداكثر مقدار روی سطح MPa39 را نشان می دهد. عملیات حرارتی پس از جوشكاری حداكثر تنش پسماند روی سطح را تا 12% مقدار موجود بلافاصله پس از جوشكاری كاهش می دهد.

شكل 10- توزیع تنش پسماند برای مدل K-groove (قبل از عملیات حرارتی جوش)

شكل 11- توزیع تنش پسماند برای مدل K-groove (بعد از عملیات حرارتی جوش)

2-3- اتصال جوش لب به لب نوع V :

شكل 12 هندسه و شبكه اتصال جوش نوع V را برای قطعه دیگر بكار رفته در ساخت كشتی نشان می دهد. شكل 13 توالی دانه 9- پاس را نشان می دهد. توالی دانه ای ابتدا از 1A تا 7A و سپس از 8A تا 9A است كه در سمت پایین می باشند. زمان لازم برای تحلیل انتقال گرمایی برای هر (طناب) دانه برابر است با طول كل اتصال (mm2000) تقسیم بر سرعت جوشكاری (cm/min20).

شكل 12- ابعاد و شبكه برای مدل V-groove

 شكل 13- توالی جوشكاری برای مدل V-groove

شكل 14 تنش های پسماند را پس از جوشكاری اما قبل از عملیات حرارتی نشان می دهد كه گستره ای بین 239- تا MPa265 در جوش و 97 تا MPa209 در سطح دارند.

شكل 14- توزیع تنش برای مدل V-groove (قبل از عملیات حرارتی جوش)

همانگونه كه در شكل 15 نشان داده شده است عملیات حرارتی پس از جوش، تنش های پسماند را تا بین 2/34- و MPa7/30 در جوش و بین 7/1- تا MPa7/30 در سطح كاهش می دهد. حداكثر تنش پسماند تا 15% پیش از عملیات حرارتی كاهش یافته است.

شكل 15- توزیع تنش پسماند برای مدل V-groove (قبل از عملیات حرارتی جوش)

4- نتیجه گیری :

یك تحلیل عددی برای یك فرآیند جوشكاری چند پاسه صفحات ضخیم برای درك توزیع تنش پسماند و ارزیابی تأثیر عملیات حرارتی انجام شد. تنش پسماند با استفاده از تحلیل المان محدود دو بعدی گرمایی الاستیك- پلاستیك محاسبه شده بود. جریان گرمایی موقت غیرخطی با نرم افزار تجاری ANSYS انجام شد. اندازه گیری های تجربی برای تنش های پسماند یك اتصال جوش لب به لب با استفاده از روش سوراخ كردن انجام شد. داده های تجربی با نتایج مدل عددی یكسان بود. حداكثر تنش پسماند برای اتصالات جوش نوع K و نوع V به ترتیب برابر 316 و MPa265 بود (پیش از عملیات حرارتی). بعد از عملیات حرارتی به آنها 3/39 و MPa7/30 تولید شدند كه كاهش تنش تا كمتر از 15% مقدار پیش از عملیات حرارتی است.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment