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

دانلود پایان نامه

شكل 14- مقادیر پیش بینی شده را با مقادیر تجربی اندازه گیری شده، مربوط به تنش پسماند مماسی روی سطح بیرونی را مقایسه می كند. در این شكل ، خط پررنگ مبین حالت ایده آل می باشد كه مقادیر اندازه گیری شده و شیبه سازی شده در آنها مشخص می شوند .خطوط نقطه چین مبین تعادل های برگشتی خطی عبوری از حالت های شبیه سازی می باشد از این شكل ، این نكته قابل مشاهده است كه تنش های مماسی اندازه گیری شده توسط روش گیج كرنشی در حالت كلی یك هم سویی و موافقت خوبی ، با مقادیر شبیه سازی شده مربوط به حالت B و حالت D از خود نشان می‌دهند..

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

نتایج پیش بینی شده در حالت A و در حالت Cدارای تفاوت خیلی زیادی با نتایج تجربی می باشند.

از شكل 13-b مشخصاَ می توان مشاهده كرد كه بجز برای تنش مماسی كششی نسبتاً بزرگ پیش بینی شده توسط حالت B و حالت D در ناحیه جوش ، تنش های مماسی در محل های دیگر در حالت كلی در یك توافق با موارد تجربی قرار دارند . مشابه با توزیع های تنش مماسی روی سطح بیرونی چندین اختلاف بین حالت C,A و تجربیات روی سطح بیرونی وجود دارند.

شكل(b ) (a), 15 توزیع تنش محوری مربوط به حالت های A-D و نتایج تجربی روی سطح های بیرونی و داخلی را نشان می دهد . در شكل 15-a و 15-b می توان مشاهده نمود كه توزیع های تنش محوری، دارای تفاوت زیادی با حالت های D,B می باشند شكل 16 مقادیر پیش بینی شده و مقادیر اندازه گیری شده مربوط به تنش پسماند محوری روی سطح بیرونی را نشان می دهد . این شكل نشان می دهد كه تنش های پسماند محوری پیش بینی شده در حالت B دارای یك همخوانی خوبی با نتایج تجربی می باشند در همان شكل می توان مشاهده نمود كه نتایج شبیه سازی شدة مربوط به حالت D نیز به مقادیر اندازه گیری شده نزدیك می باشد .

با مقایسة‌نتایج شبیه سازی و نتیجه های تجربی ، می توان به این نتیجه رسید كه آنالیزهای صورت گرفته از طریق استحكام نهایی دارای برخی تأثیرات روی تنش پسماند جوشكاری می باشد، كه از اهمیت چندانی برای اعمال آن برای استحكام نهایی به واسطه انتقال مارتنزیتی برخوردار نمی باشد ، البته این گونه قضاوت با توجه به تغییرات حجمی در ناحیه جوش ایجاد شده برای تبدیل استنیت به مارتنزیت ،صورت می پذیرد . این بدان معنی است كه تأثیر القاء شده توسط تغییر حجم خیلی مهم تر از تأثیر ایجاد شده توسط تغییر استحكام نهایی می باشد . عامل شكل دهندة علامت و اندازة تغییر تنش پسماند بعداً تولید تنش (‌تغییر ) را در اندازة معین گزارش می كند.

از طریق مقایسة دقیق نتایج تجربی و نتایج شبیه سازی شده مربوط به حالت B و حالت C مشخصاَ می توان پی برد كه نتایج شبیه سازی شده مربوط به حالت B به نتایج تجربی نزدیك تر می باشند دلیلی كه می تواند یك تنش نهایی بالاتر از حد تخمین زده شده باشد در حالت D استفاده شده بود. در حالت D در این محل ها كه درجه حرارت پیك بالاتر از A3 بود و به اندازة Ms خنك شده بود ، استحكام نهایی بالا در این حالت استفاده شده بود . در حقیقت در دورة مربوط به انتقال فازی حالت جامد ، درجه حرارت یك مخلوط مركب از استنیت و مارتنزیت بود . با كاهش درجه حرارت ، بخشی از هر فاز و در نتیجه استحكام نهایی تغییر می كند ؛ در حالت D، هنگامی كه درجه حرارت پس از خنك شدن به Ms میرسد ، تنش نهایی مربوط به مارتنزیتی كه تحت عملیات حرارتی قرار نگرفته بود ، بجای استحكام نهایی فلز پایه بكار رفت . علاوه بر این در جوش كاری چند پاسه ، پاس جوش اصلی توسط پاس های جوش متوالی، تحت تأثیر حرارتی واقع می شود .بعد از حرارت دهی، استحكام نهایی مربوط به ماده كاهش خواهد یافت . بنابراین ، این قضیه باعث بروز یك استحكام نهایی بالاتر از حد تخمین در حالت D می شود

چندین امكان برای بهبود فرآیند محاسباتی پیشنهاد شده وجود دارند.در آنالیز حرارتی ، شكل بستر جوش ناچیز بود . در حقیقت ، به صورت ویژه برای جوشكاری چند پاسه شكل و اندازه بستر روی حوزة درجه حرارت تأثیر می گذارد. دقت تنش های پسماند محاسبه شده به حالت های گذرای درجه حرارت محاسبه شده بستگی دارد ، بنابراین در آینده ، خدماتی برای مدل مربوط به اندازه و شكل بستر جوش با دقت عرضه می شود . تبدیل القاء شده به صورت پلاستیكی( (TRIP نیز در این مطالعه ناچیز می باشد . در فولادهای 9Cr-1Mo اصلاح شده چون درجه حرارت Ms نسبتاَ پایین می باشد یك پنهان سازی عظیمی از تنش ممكن است قبل از انتقال مارتنزیتی تولید شود . این نكته قابل قبول است كه انتقال القاء شده به صورت پلاستیكی به صورت ساده تولید می شود علاوه بر این ، منظور رسیدن به نتایج با دقت بالا توسط آنالیز عددی ، داده های تجربی همانند استحكام نهایی وابسته به فاز مورد نیاز می باشند.

[ شكل 16- نمودارهای مربوط به مقادیر اندازه گیری شده در مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده‌ای از تنش پسماند محوری روی سطح بیرونی ]

 6- موارد پایانی ( خلاصه)

یك مدل المان محدود برای آنالیز تنش پسماند جوشكاری كه كاربرد فراوان دارد ، تغییرات حجمی و تغییر استحكام نهایی به واسطة انتقال ماتنزیتی ، ایجاد شده بود. روش پیشنهاد شده برای پیش بینی تنش پسماند جوشكاری در فولاد ضد زنگ 9Cr-1Mo اصلاح شده و توسط روش جوشكاری با چند پاس استفاده شده بود وموارد پایانی زیر قابل توجه می باشند:

1- مدل عددی پیشنهاد شده با توجه به انتقال مارتنزیتی به صورت موثر برای آنالیز تنش پسماند در جوشكاری چند پاسه بكار رفته بود

2- طبق نتیجه های مربوط به شبیه سازی ، این نكته واضح است كه تغییرات حجمی به واسطة انتقال مارتنزیتی دارای یك تأثیر قابل توجهی روی تنش پسماند می باشد این قضیه نه تنها باعث تغییراتی در اندازة‌تنش پسماند می شود بلكه باعث مشخص شدن علامت تنش های پسماند در ناحیه جوش می شود

3- تغییر استحكام نهایی القاء‌شده توسط انتقال فازی حالت جامد نیز دارای یك تأثیر قابل توجهی روی تنش پسماند جوشكاری می باشد .

4- هنگامی كه تغییر حجم به واسطة انتقال مارتنزیتی به حساب می آید نتایج شبیه سازی المان محدود در حالت كلی از توافق و همخوانی خوبی با نتایج تجربی گیج كرنشی برخوردار می‌باشند.

5- بدلیل یك درجه حرارت Ms نسبتاَ پایین و انبساط حجمی نسبتاً بزرگ در فولاد ضد زنگ 9Cr-1Mo ‌در نظر گرفتن اثرات مربوط به انتقال مارتنزیتی در آنالیز تنش پسماند، جوشكاری لازم و ضروری می باشد .

فصل سوم

عنوان مقاله : بهبود تنش پسماند مربوط به جوشكاری توسط كوبكاری لیزری

 – مقدمه

كوبكاری (پرداخت) لیزری یك تكنیك عملیات سطحی است كه از لحاظ مكانیكی فعالیت دو طرفه مربوط به سطح ماده و پلاسمای فشار بالایی را هنگام انتشار لیزر با پالس كوتاه روی ماده زیر آب، ممكن می سازد. انرژی مربوط به كوبكاری لیزری كوتاه تكی (1 پالس) خیلی بزرگتر از (ساچمه پاشی) می باشد. به صورت متوالی تأثیر بهبود یافته مربوط به تنش پسماند به عمق mm1 گسترش می یابد و این تكنیك به عنوان یك اندازه گیری پیشگیرانه در برابر ترك خوردگی و خوردگی توام با تنش در نیروگاههای هسته ای، جائیكه قابلیات اطمینان خیلی بالائی مورد نیاز می باشد، بكار می رود و به عنوان یك اندازه گیری میزان خستگی برای قطعات هواپیما هم بكار می رود. علاوه بر این، كوبكاری لیزری كنترل مربوط به شرایط مختلف همانند انرژی پالس دقیق برای ماده، آرایش و چیدمان ناحیه ای را فراهم می نماید و دارای مشخصات دیگری می باشند. مثال ها عبارتند از : عدم نیاز به پیش عملیات ها همانند پولیش كاری، عدم وجود تماس با ماده و عدم نیروی واكنشی.

اصول مربوط به كوبكاری لیزری در این مقاله شرح داده می شوند و باعث بهبود اثرات تنش پسماند در هنگام بكارگیری كوبكاری لیزری برای ایجاد محدوده های جوش و اتصالات جوشكاری شده می شود. علاوه بر این نتایج مربوط به تست ترك خوردگی، خورندگی تنشی((SCC نمایش داده می‌شوند.

– اصول مربوط به كوبكاری لیزری

اصول مربوط به كوبكاری لیزری با استفاده از شكل 1 تشریح می شوند. لایه سطحی ماده توسط انتشار ستون لیزری در جایی كه عرض پالس چندین برابر ns بوده و دانستیه توان پیك چندین S10 از MW/mm2 و پلاسمای متالیك فشار بالا روی سطح رخ می دهد، ساییده میشود.زمانی كه 1 لیزر روی ماده زیر آب یا ماده با غشاء آبكی روی سطح منتشر می شود،از انبساط پلاسما توسط اینرسی آب و رسیدن فشار پلاسما به چند برابر GPa كه 100-10 برابر آن در هوا می باشد، جلوگیری به عمل می آید. یك موج ضربه ای توسط این فشار و انتشار داخل ماده ،تولید می شود. لایه سطحی ماده به واسطه تنش دینامیكی موج برخوردی تحت تغییر شكل پلاستیكی واقع می شود، بنابراین تنش پسماند فشاری توسط احاطه محدودیت الاستیكی شكل می گیرد.

شكل 2، آرایش ها برای كوبكاری لیزری را نشان می دهد. یك Nd پالسی : ستون لیزری YAG (طول موج 06/1) به (آنالیز هماهنگ) هارمونیك دوم (طول موج nm532) تبدیل می‌شود كه توسط آب مقدار اندكی از آن جذب می شود، و به نمونه زیر آب منتشر شد. در شكل 2، نمونه در دو بعد با استفاده از یك سكوی XY اسكن شده بود و كوبكاری لیزری روی ناحیة پیش‌بینی شده اجرا شدند. برای كاربردهای مربوط به ساختارهایی با مقیاس بزرگ، هد نوری اسكن می‌شود و عملكرد ادامه می یابد. انتقال لیزری می تواند با استفاده از یك فیبر نوری یا انتقال فضای
آزاد (انتقال آینه ای) انجام شود.

– بهبود تنش پسماند مربوط به محدوده های ایجاد جوش :

ایجاد جوشكاری Inconel 132 (DNiCrFe-1) و Inconel 132 (DNiCrFe-3) روی نمونه های صفحه مسطح و فولاد كربنی با صفحات mm100 با ابعاد mm40×mm60 انجام شد. یك ضخامت mm10 از محدوده های جوش برداشت شد.

شكل 2- كار كوبكاری لیزری

یك سطح از هر نمونه هدف سایش (سنگ زنی) قرار گرفت. تنش پسماند كششی به دو بخش پیشرفته و كوبكاری لیزری اجراء شده تقسیم بندی شد. شرایط بكار گرفته شده برای این كار عبارت بودند : انرژی پالس لیزری mJ100، قطر نقطه انتشار mm6/0 و میزان انتشار Pulse/mm270 .

تنش پسماند بدست آمده توسط تفرق اشعه x بود. فلز جوش دارای یك درجه بالایی از دانه بندی كریستالی بود، و اندازه گیری با استفاده از یك روش نرمال مشكل می باشد. بنابراین، روش زیر بكار رفت؛ جابجایی زاویه براگ در زاویه ویژه‌ای از زاویه بروز (زاویه ) با یك استحكام شكست بزرگ اندازه گیری شد و مقدار تنش پسماند از گرادیان (شیب) جابجایی مربوط به زاویه براگ در جهت ، بدست آمد. در اینجا، ثابت الاستیك مورد نیاز برای محاسبه مقدار تنش توسط تست خمش مربوط به نمونه های فلز جوش به دست آمده بود. توزیع تنش پسماند درون ضخامت صفحه توسط حذف محلی لایه سطحی با استفاده از سنگ كاری الكترولیتی و سپس توسط اندازه گیری تنش سطحی مربوط به سطح جدید، بدست آمده بود.

شكل های 3 و 4 اثرات بهبود تنش پسماند مربوط به 132 Inconel و 182 Inconel را به ترتیب نشان می دهند كه توسط كوبكاری لیزری بدست آمده بودند. اینجا جهت اسكن كردن مربوط به انتشار لیزر به عنوان جهت X و جهت در زاویه های راست با این جهت به عنوان جهتy ، تعریف شده بود . لایه های تنش پسماند فشاری برای عمق بیش از 1mm از سطح روی هر دو نمونه شكل گرفته بودند و كوبكاری لیزری به داشتن اثرات بهبود تنش پسماند حتی روی نواحی جوشكاری شده توجه دارند.

– بهبود تنش پسماند مربوط به محدوده های تحت تأثیر حرارت اتصال جوشكاری شده:

اثرات بهبود مربوط به تنش پسماند در محدوده های تحت تأثیر حرارت جوش بدست آمده توسط كوبكاری لیزری در هنگام استفاده برای یك اتصالی كه 304SUS و 600 Inconel               (600 NCF) و مربوط به صفحه با ضخامت mm38 با 182 Inconel (شكل 5) جوشكاری شده بود. اتصال با استفاده از یك فرآیند جوشكاری قوس فلزی غلاف دار، ایجاد شد، پروفایل شیار یك شیار V شكل بود. كوبكاری لیزری روی 304SUS با یك انرژی پالس mJ70 ؛ یك قطر انتشار نقطه ای mm65/0 و انتشار Pulses/mm2100 اجراء شده بود. شرایط برای 600 Inconel یك انرژی پالس mJ60 ، قطر انتشار نقطه ای mm1 و انتشار Pulses/mm236 بودند. تنش پسماند در موقعیت هایی به صورت تقریبی در مراكز كوبكاری لیزری و محدوده هایی بدون كوبكاری لیزری، اندازه گیری شده بود، كه این محدوده ها در فاصله mm5 از پنجه جوش قرار داشته و با روش اندازه گیری شده بود.

شكل 3- بهبود تنش پسماند در ایجاد محدوده های ایجاد جوش 132 Inconel

شكل 4- بهبود تنش پسماند در محدوده های ایجاد جوش 182 Inconel

شكل 5- نمای بیرونی اتصال جوش

شكل 6- بهبود تنش پسماند در محدوده های تحت تأثیر حرارت (304SUS)

شكل 6 و 7 نتایج مربو به تنش پسماند اندازه گیری شده در محدوده های تحت تأثیر حرارت جوش 304SUS و 600 Inconel را نشان می دهند. در هر دو حالت تنش پسماند فشاری توسط كوبكاری لیزری برای عمق بیش از mm1، شكل گرفته بود. علاوه بر این تنش پسماند فشاری بیش از mm1 نیزدر فلز جوش 182 Inconel شناسایی شده بود، این نشانه وجود داشت كه در حالت مربوط به قطعه آزمایشی یك تنش پسماند كششی بزرگ به عنوان یك تنش اولیه همانند تنش در یك اتصال جوشكاری شده عرضه می شود، كوبكاری لیزری مطمئناً باعث بهبود تنش پسماند فشار‌ی می شود.

– تست ترك خوردگی تنش (ترك خوردگی حاصل از خوردگی تنش) :

یك تست شتاب گیری ترك خوردگی حاصل از خوردگی تنشی برای اثبات حالت پیشگیرانه ترك خوردگی حاصل از خوردگی تنشی حاصل از تنش پسماند شكل گرفته روی سطح ماده توسط كوبكاری لیزری، اجراء شده بود. ماده جوش 182 Inconel و 600 Inconel بودند كه تحت عملیات حرارتی در 0k888 (0c615) برای s104×6/3 (10 ساعت) و سپس در 0k723 (0c450) برای s105×2/7 (200 ساعت) قرار گرفتند. نمونه ها با ابعاد mm10×mm50 با ضخامت mm2 به شكل مستطیل، آماده سازی شدند. سطح نمونه با استفاده از یك گیره ویژه تحت یك كشش %1 قرار گرفتند و كوبكاری لیزری انجام شده بود. به منظور شتاب دادن به ترك خوردگی در اثر خوردگی تنشی، شكافهایی روی سطوح نمونه با یك ابزار گرافیتی ایجاد شدند، سپس، نمونه ها در آب با فشار بالا و درجه حرارت بالا قرار داده شدند (درجه حرارت (ºc288) º k561، اكسید تجزیه شده، PPm8، میزان رسانایی، ms/m1/0) كه مدت آن s106×8/1 (500 ساعت) بود. پس از آن ، نمونه ها در طول خود (جهت طولی) به چند قسمت تقسیم بندی شدند و سطوح زیر میكروسكوپ مشاهده شدند، وجود ترك خوردگی ارزیابی شدند.

شكل های 8-9 ساختار میكروسكوپی سطح های مربوط به نمونه های تست           182 Inconel و 600 Inconel را نشان می دهند. ترك خوردگی حاصل از خوردگی تنشی كه در امتداد مرز دانه‌ها موادی كه تحت عملیاتی قرار نگرفتند (مواد مرجع) رخ دادند، نشانه ای از وجود مواد كوبكاری لیزری وجود نداشت. ترك خوردگی حاصل از تنش به صورت مشابه در همه مواد نمونه كه تحت عملیات خاصی از 182 Inconel و 600 Inconel (هر كدام 7 نمونه) قرار نگرفته بودند، قابل توجه بودند، به صورت خلاصه اینكه هیچ گونه ترك خوردگی در اثر خوردگی تنشی در مواد كوبكاری شده لیزری مشاهده نشد.

علاوه بر این، تجزیه تأیید كرد كه عملیات كوبكاری لیزری باعث محدود شدن انتشار به عمق تقریبی mm1 در تركی توخالی، می شود.

شكل 7- بهبود تنش پسماند در نواحی تحت تأثیر حرارت(HAZ) (600 Inconel)

 شكل 8- نتایج تست ترك خوردگی در اثر خوردگی تنشی (182 Inconel)

شكل 9- نتایج تست ترك خوردگی در اثر خوردگی تنشی (600 Inconel)

– استفاده و كاربرد برای ساختارهای راكتور هسته ای :

حفاظ هسته ای مربوط به BWR (راكتور آب جوش) یك ساختار جوشكاری‌شده سیلندری فولاد ضد زنگ می باشد. اما یك حالتی وجود داشت كه ترك خوردگی در اثر خوردگی تنشی در نواحی تحت تأثیر حرارت رخ داد. برای غلبه بر این مشكل ، یك حفاظ جدید نصب می شود و اندازه گیری های نگهداری پیشگیرانه با استفاده از عملیات كوبكاری پیوسته در حال انجام می‌شد.

عملیات كوبكاری لیزری از بروز ترك خوردگی در اثر تنش توسط شكل گیری تنش پسماند فشاری توسط انتشار لیزر در حفاظ HAZ در حین بازدید دوره ای راكتور هسته ای ، جلوگیری می كند و این فرآیند از سال 1999 تاكنون در حال انجام دادن می باشد. علاوه بر این، كوبكاری لیزری برای نواحی جوش در اطراف محل نفوذ مكانیزم محرك میله كنترل مربوط به ظرف فشار در صفحه تحتانی، به كار رفته است. در مقام مقایسه ، برای یك PWR (راكتور آب تحت فشار)، كوبكاری لیزری روی قسمت بیرون لوله برای سیستم اندازه گیری نوترونی بكار می رود كه در قسمت تحتانی ظرف (محفظه) راكتور وارد می شود. در ایالات متحده، یك برنامه برای دور ریزهای هسته در تونل های زیرزمینی در كوه yucca در نوادا[1] در حال انجام دادن می باشد. كاربرد كوبكاری لیزری به عنوان یك شمارنده (اندازه گیر) در برابر ترك خوردگی در اثر تنش در نواحی جوش ظرف، مورد تحقیق قرار گرفته 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