Incoloy800 ASME SB-407 N08810 39.5
Min -0.03
35.0 -51.0
0.60 -0.91
23.0 -51.0
0.60 1.5

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

Max 1.0
Max -50.0
0.1 0.015
Max

جدول۳- ترکیب شیمیایی و مشخصات سیم جوش ER NiCr-3.
Name UNS No. Fe Ni Cr Ti Al Mn Si Nb C S P
Inconel82 N06082 3.0 67.0
Max -0.81
22.0 0.75 0.3
Max -5.2
3.5 0.5 -0.2
3.0 0.1
Max 0.015 0.03
برای تهیه نمونهها، لولههایی با طول ۸۰ میلی متر، به صورتسربه سر به هم جوش داده شـدند. طـرح اتـصال و مشخـصاتابعادی پـخ در شـکل (۱) نـشان داده شـده اسـت. جوشـکارینمونهها به روش جوشکاری قوسی با الکترود تنگـستنی و گـازمحافظ آرگـون (GTAW)، تحـت ولتـاژV ۱±۱۰ و بـا قطبیـتالکترود منفی (DCEN) به صـورت دو پاسـه انجـام شـد. نـوعحرکت مشعل بـه صـورت اسـتیرینگ ۴ یـا صـاف بـوده اسـت.
پارامترهای جوشکاری در جدول (۴) آورده شده است. پـیش ازانجام جوشکاری، لوله ها و الکترود ها پیـشگرم نـشدند. پـیش ازانجام جوشـکاری، لولـههـا در چهـار نقطـه بـه ترتیبـی کـه درش کل (۲) ن شان داده شـده اس ت، ب ه ه م ج وش نقط ه ای شدند [۱۳]. بـر اسـاس اسـتاندارد خـال جوشـها در موقعیتهـایروبه روی یکدیگر با زاویه ۱۸۰ درجه نسبت به هم، بـه ترتیـبشماره های نشان داده شده در شکل (۲) انجام شدند. جوشکاری در هر پاس به دو قسمت ۱۸۰ درجه قسمت شد. جهت حرکتمشعل جوشکاری در مقطع عرضی لوله بـا دو پیکـان، یکـی درجهت ساعتگرد و دیگری در جهت پادساعتگرد که از شـماره ۱ شروع و به شماره ۲ ختم می شوند، در شکل (۲) نشان داده شده است. در انجام جوشکاری سعی شد که جوشکاری بـا سـرعتیکنواخت انجام شود و فاصـله زمـانی بـین پاسـهای اول و دومبرای همه نمونهها یکسان باشد. از آنجا که طول جـوش کوتـاه

شکل۱- طرح اتصال و مشخصات ابعادی آن.

جدول۴- پارامترهای جوشکاری نمونه ها.
شماره نمونه شماره پاس I (A) V
(V) V
(mm/s) گرمای ورودی خالص
(J/mm/s) قطبیت
S١ ١ ٨٠ ١٠ ٠/٧٧ ١٠٣٨ DCEN
٢ ٨٠ ١٠ ٠/۴٧ ١٧٠٢ DCEN
S٢ ١ ١٠٠ ١٠ ١/٠٣ ٩٧٠ DCEN
٢ ١٠٠ ١٠ ٠/٧٩ ١٢۶۶ DCEN
S٣ ١ ١٢٠ ١٠ ١/۴١ ٨۵١ DCEN
٢ ١٢٠ ١٠ ١/١١ ١٠٨١ DCEN

شکل۲- شمایی از موقعیت جوشهای نقطهای و جهت حرکت مشعل در هر پاس. جدول۵- زمانهای مربوط به مراحل مختلف جوشکاری (بر حسب ثانیه).
پاس دوم بین دو پاس پاس اول نمونه
۲۰۰ ۲۵ ۲۰۰ ۵۵ ۱۰۰ ۲۵ ۱۰۰ S۱
۱۲۰ ۱۲۰ ۱۲۰ ۵۵ ۷۵ ۲۵ ۷۵ S۲
۸۵ ۲۵ ۸۵ ۵۵ ۵۵ ۲۵ ۵۵ S۳

شکل۳- شمایی از نحوه و محل قرارگیری ترموکوپلها و شرایط شکل۴- شمایی از موقعیت قرارگیری رزتها بر روی سطح بیرونی مرزی (بر حسب میلی متر). لوله (بر حسب میلی متر).

بوده به جای بیان سرعت جوشکاری از پارامتر زمـان اسـتفادهشد [۱۴]. در جدول (۵) زمان اندازه گیری شده برای پاسـها ومراحل مختلف جوشکاری نمونههای ۱S۲ ،S و ۳S ارائه شدهاست. برای حفاظت ریشه جوش، لولـههـا از یـک طـرف بـهوسیله یک چسب کاغذی پهن مسدود شـد و از طـرف دیگـرگاز آرگون توسط شیلنگی با دبیlit/min ۱۵ بـه داخـل لولـهدمیده شد.

۲-۲- ثبت تاریخچه دمایی
برای اندازه گیری توزیع دما در نقاط مختلف روی فلز پایـه،
تعداد ۳ ترموکوپلTC2 ،TC1 وTC3 در فواصـل ۳، ۱۱ و ۱۹ میلیمتر از خط جوش روی میلـه قـرار داده شـد. بـرای نـصبترموکوپلها با مته ای با قطر ۵/۱ میلی متر، برابـر بـا قطـر غـلاففلزی ترموکوپل، سوراخهایی به عمـق ۳ میلـیمتـر در فواصـلتعیین شده از خط جوش، در امتداد یک خـط راسـت بـر رویلوله ایجاد شد، شکل (۳).
۲-۳- اندازه گیری تنشهای پسماند
تنـشهای پـسماند حاصـل از جوشـکاری، بـا اسـتفاده از تکنیــک کــرنش ســنجی ســوراخ ۵ و بــر اســاس اســتاندارد ASTM E837 در شرایط پس از جوشکاری اندازه گیری شـد
[۱۵]. گیجهای مورد استفاده برای اندازه گیری میـزان کرنـشهااز نوع روزت سه جزیی بـود. بـرای بـه دسـت آوردن توزیـعتنشهای پسماند محوری و شعاعی در امتداد خـط عمـود بـر
جوش، چهار رزتSG3 ،SG2 ،SG1 وSG4 بـه ترتیـب بـافاصله مشخص از خط مرکزی جـوش در یـک راسـتا نـصبشدند. مطابق شکل (۴)، رزت اول در خـط مرکـزی جـوش،رزت دوم در فاصـله mm۱۳ از خـط جـوش، رزت سـوم در فاصــله mm۲۵ از خــط جــوش و رزت چهــارم در فاصــلهmm۶۰ از خط جوش نصب شـدند. بـه منظـور بررسـی اثـرمیزان گرمای ورودی بر میزان تنشهای پسماند، ایـن آزمـایشبر روی دو نمونه ۱S و ۳S انجام گرفت.

۳- نظریه مدل
۳-۱- مدل گرمایی
توزیع دمایی گذرا و سه بعـدی (T(x, y, z, t مطـابق معادلـهدیفرانسیلی براساس قانون فوریـه در هـدایت مطـابق زیـر بیـانمی شود:
23088689440

∂ ⎛⎜kx ∂T ⎞⎟+ ∂ ⎛⎜ky ∂T ⎞⎟+ ∂ ⎛⎜kz ∂T ⎞⎟
∂x ⎝∂x ⎠⎛∂∂Ty ⎝ ∂T∂y⎞⎠ ∂z ⎝∂z ⎠ (۱)
91744824648

+ =Q ρCp ⎜⎝ ∂t − v ∂x ⎟⎠
که در آن ky ، kx و kz ضرایب هدایت گرمایی در جهات y ،x و Q ،(Wm-1K-1) z توان تولیدی در واحـد حجـم (3-ρ ،(Wm
دانسیته (3-Cp ،(kgm گرمای ویژه(1-(Jkg-1K وv سرعت نـسبیقطعه (در اینجا در جهت(ms-1) (x است. شـرط اولیـه عبـارت است از:
T(x, y, z, 0)= T0 for (x, y, z) (۲) :شرایط مرزی ضروری یا به صورت دریکله
T(x, y, z, t)= T0 (٣)
:یا به صورت طبیعی استkn

∂∂Tn −q + h (Tc −T )∞ +σεF(T4 −T )r4 = 0 (۴)
که در آنkn هدایت گرمای عمـود بـر سـطح،q شـار گرمـایی (2-hc ،(Wm ضــــریب انتقــــال گرمــــای جابــــه جــــایی
(1-σ ،(Wm-2K ثابـت اسـ ـتفان- بـ ـولتزمن بـ ـرای تشعـــشع
(4-ε ،(۵/۶٧*١٠-٨ Wm-2K ضریب نشر،F ضـریب شـکل، ∞T دمای محیط وTr دمای منبع حرارتـی تشعـشعی اسـت . وجـودخواص ترموفیزیکی به همراه عبارت تشعشع در شرایط مـرزیمعادلات بالا این نوع تحلیل را بسیار غیرخطی می کند. تغییـراتگرمایی حاصل از تشعشع را میتوان با در نظر گـرفتن ضـریبانتقال گرمای معادل به صورت جابهجایی تبدیل کرد: (۵) (hr =σεF T( 2 + Tr2) T( + Tr
در کار حاضر از یـک منبـع گرمـای ی متحـرک بـر اسـاس مـدلگلداک۶ برای اعمال گرمای حاصل از مشعل در فرایندGTAW استفاده شده است. در این مدل منبع به صـورت یـک دوبیـضینامتقارن است که قسمت جلـوی حوضـچه یـک چهـارم یـکبیضی و قسمت عقب آب یک چهارم بیضی دیگر است. در اینمدل نیاز به تعریف کسرهایff وfr است که نشان دهنده کسریاز گرمای کل اسـت کـه بـه ترتیـب بـه قـسمت عقـب وجلـوحوضچه وارد میشود و داریمff + fr = 2 . تابع توزیع توان در قسمت جلویی حوضچه به صورت:
q x,y,z,t() = 6 3fπ πf Qfexp⎛⎜⎜⎝− 3ax22 ⎞⎟⎟⎠
716281-384850

abc ⎛ 3y2 ⎞⎛ 3ξ2 ⎞ (۶)
exp⎜− ⎟exp⎜−

⎟ ⎝⎜ b2 ⎠⎟ ⎝⎜ cf2 ⎠⎟
و به طور مشابه برای قسمت عقبی حوضچه:
6 3f Qr⎛ 3×2 ⎞
845821-145026

q x y z t( , , , )=exp⎜−

2 ⎟
abcrππ ⎝ a ⎠
22 (۷)
⎛ 3y ⎞ ⎛ 3ξ ⎞ exp⎜− 2 ⎟exp⎜−

2 ⎟
⎝b ⎠⎝cr ⎠
است. در دو معادله ۶ و ۷ متغیرهایb ،a وc می تواننـد مقـادیرمتفاوتی در قسمت جلو و عقب حوضچه داشته باشند. از اینرو متغیرهای مستقل محسوب مـیشـوند . در واقـع در جوشـکاریفلزات نامشابه نیاز به تعریف دو دسته متفاوت و مستقل از ایـنمتغیرهاست [۱۶].

۳-۲- مدل مکانیکی
از آن جا که در طول فرایند جوشکاری هـیچ اسـتحاله فـازیحالت جامد در فلز زمینه و فلز جوش رخ نمیدهـد، از ایـنرو نرخ کرنش کل به صورت معادله زیر بیان می شود:
ε=ε +ε +εepth (۸)
که در آن عبارتهای اول، دوم و سوم در سمت راست معادله بـهترتی ب بی ان کنن ده نرخهـای ک رنش الاسـتیک، پلاس تیک و گرماییاند. کرنش الاستیک با استفاده از قانون هوک بـا در نظـرگرفتن ضریب پواسون و مدول الاستیک وابسته به دما مدل شدهاست. رفتار پلاستیک ماده با در نظر گرفتن تابع تسلیم فون مایزز و کارسختی جنبشی دوخطی مدل شـده اسـت. از آنجـا کـه درفرایند جوشکاری، ماده تحت کرنشهای بالایی قرار نمیگیـرد و تنها به دلیل گرم و سرد شدن، تحت تنـشهای تنـاوبی فـشاری-کششی قرار میگیرد، از اینرو باید اثر باوشینگر به عنـوان یـکاثر مهم در نظر گرفته شود. در نتیجه حالت کارسـختی جنبـشیاهمیت بیشتری مییابد. در نهایت کرنش گرمایی بـا اسـتفاده ازضریب انبساط گرمایی وابسته به دما محاسبه می شود.

۴- شبیه سازی فرایند
اگرچه یک مدل دو بعدی تقارن محوری٧ نیازهای رایانـهای برای شبیهسازی فرایند را کاهش میدهد امـا بـا محـدود کـردنتحلیل به یک بخش از هندسه کامل مـدل، مـشکلاتی در نتـایجحاصل ایجاد میشـود . تغییـرات ناپایـدار و بـی ثبـات تنـشهای پسماند در محیط لوله به دلیـل همپوشـانی نـواحی مجـاور هـمناشی از حرکت قوس و اثـرات نقـاط شـروع و پایـانی فراینـدجوشکاری، فرضیاتی را کـه در مـدل دوبعـدی در نظـر گرفتـهمیشود به مقدار قابل توجهی تحت تاثیر قرار میدهد. بنـابراینیک مدل دوبعدی قادر به پیشبینی دقیق توزیع تنشهای پسمانددر جوشکاری سر به سر لوله ها نیست [۵].
1020319-2936577

شکل۵- نمایی از شبکهبندی مدل مورد استفاده در تحلیل گرمایی.
در این تحقیق یک مدل سه بعدی به روش المـان محـدود و به وسیله کدنویسی در نرمافزار انسیس تهیه شـد. بـا توجـه بـهوجود تقارن، تنها نیمـی از اتـصال سـربهسـر مـدل شـد. نحـوه المانبندی مدل و دسـتگاه محورهـای مختـصات در شـکل (۵) نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده میشود بـا نزدیـکشدن به خط جوش، به دلیل وجود گرادیانهای دمـایی و تنـشیشدیدتر و در نتیجه نیـاز بـه دقـت بـالاتر، ازالمان هـای ریزتـریاستفاده شده اسـت. تعـداد المان هـا در ایـن مـدل ۴۷۰۴ اسـت .
شبکه بندی در حل گرمایی و مکانیکی به صورت دسـتی انجـامشده است. جنس فلز پرکننده، مشابه فلز پایه در نظر گرفته شدهو درنتیجه خواص گرمایی و مکانیکی فلز جوش مشابه فلز پایهاست. به منظور اضافه کـردن فلـز پرکننـده، از خاصـیت تولـد ومرگ المانها استفاده شده است.
از آنجا که ماهیت تنشهای پـسماند ناشـی از جوشـکاری ازنوع تنشهای گرمایی بوده و مـستلزم در نظـر گـرفتن میـدانهای گرم ایی و س ازهای اس ت، از ای نرو در ای ن تحقی ق تحلی ل غیرکوپله انجام گرفته است. بدین صورت کـه نتـایج حاصـل ازتحلیل گرمایی به عنـوان بـار ورودی در تحلیـل مکـانیکی واردشده است.

۴-۱- تحلیل گرمایی
المان مورد استفاده در تحلیل گرماییSOLID90 اسـت کـهیک المان ۳ بعدی با ۲۰ گره و یک درجه آزادی حرارتی در هرگره است. بارهای مورد نظر را میتوان بر روی گرهها و یا خودالمان اعمال کرد. جابـهجـایی یـا شـار گرمـای ی و تشعـشعی رامیتوان به عنوان بارهای سطحی روی سطوح المان و نرخ تولیدگرما را به صورت بار حجمی روی گـره هـا اعمـال کـرد. یکـیدیگر از ویژگیهای خاص این المان، دارا بودن خاصیت مـرگ وتولد است . مدل منبع گرمـای ی مـورد اسـتفاده، مـدل دو بیـضیگلداک است کـه بـا اسـتفاده از زبـان برنامـهنویـسی پـارامترینرم افزار اعمال شده است.
برای شرایط مرزی گرمایی در خط مرکزی جوش بـه دلیـلتقارن شار صفر و در سایر سطوح خارجی لوله، هـر دو حالـتتشعشع و جابه جایی در نظر گرفته شـده اسـت. کـاهش دمـا ازطریـق تشعـشع در دماهـای بـالا و نزدیـک قـوس و از طریـق جابــه جــایی در دماهــای پــایین و در منــاطق دور از قــوسحکمفرماست. با تعریف ضریب انتقال گرمای ترکیبی وابسته بهدما، شرایط مرزی برای هـر دو حالـت تشعـشع و جابـهجـاییتعریف میشود. این ضـریب ترکیبـی بـه صـورت معادلـه زیـراستفاده شده است [۷] ۱:
hh11=0=0.0668231TT- Wm82 1 Wm-2 ºC 0 < T < 500°C -2 ºC T > 500°C (٩)
./

1436370-2158575

شکل۶- تغییرات خواص ترموفیزیکی بر حسب دما برای سوپرآلیاژ اینکولوی۸۰۰ .
از آن جا که سطح داخلی لوله در تماس با گاز آرگون قرار دارد،از این رو مقدار ضریب انتقال گرمای جابه جایی بـرای آن مقـدارثابت h2= ۲۰ Wm-2 ºC در نظر گرفته شده است.
در شکل (۶) نمودار تغییرات خواص گرمایی فلز بر حـسبدما آورده شده است. چگالی فلز مقدار ثابـت 3Kg/m ۸۰۰۰ درنظر گرفته شده است. محـدوده تغییـر فـاز بـا تعریـف منحنـیانتالپی- دما مشخص شده است. بـرای در نظـر گـرفتن اتـلافگرمای حاصل از تلاطم فلز مذاب در حوضـچه جـوش، مقـدارضریب هدایت گرمایی در دماهـای بـالا و نزدیـک دمـای ذوبتقریبا دو برابر در نظر گرفته شده است [۵].

۴-۲- تحلیل مکانیکی
مدل المان محدودی که برای تحلیل مکانیکی بـه کـار رفتـهماننـد مـدل گرمـایی بـوده اسـت. در ایـن قـسمت از تحلیـل، تاریخچه دمایی حاصل از تحلیل گرمایی به عنـوان بـار ورودیبه مدل مکانیکی اعمال شده است. المان مـورد اسـتفاده در ایـنقسمت المانSOLID95 بوده است. این المان شامل ۲۰ گـره وسه درجه آزادی در هر گـره شـامل انتقـال در جهـاتy ،x و z میباشد. المان مذکور جهت پلاستیسیته، خزش، تـنش سـختی،تغییرشکلها و کرنشهای زیاد سازگاری دارد. در این تحلیل برای اعمال رفتار تنش-کرنش، قانون سخت شوندگی جنبشی و معیارتسلیم فون مایزز در نظر گرفته شده است.

در شکل (۷) شرایط مرزی مدل مکـانیکی نـشان داده شـدهاست. مطابق شکل مولفههای جابهجاییUy ،Ux وUz در ۸ گرهانتهایی مدل لوله برابر صفر در نظر گرفته شده است. صـفحه ای که از خط مرکزی جوش۸ میگذرد، همان صفحه تقـارن نمونـهاست که تنها یک طرف آن مدل شده است. بنـابراین در صـفحهتقارن 0=z مولفه جابهجایی در جهـتz مقیـد شـده اسـت. در شکل (۸) تغییرات خواص مکانیکی فلز بـر حـسب دمـا آوردهشده است.

۵- نتایج و بحث
۵-۱- نتایج گرمایی تجربی

1747266-1324184

شکل۷- شماتیکی از شرایط مرزی مکانیکی در مدل به صورت دوبعدی.

  • 1

دیدگاهتان را بنویسید