بررسی عوامل موثر بر تنشهای پسمانده جوش و شناخت و کاربرد تنش زدایی ارتعاشی VSR (فایل ورد و قابل ویرایش، 60 صفحه)

بررسی عوامل موثر بر تنشهای پسمانده جوش و شناخت و کاربرد تنش زدایی ارتعاشی VSR (فایل ورد و قابل ویرایش، 60 صفحه)

چکیده

تنشهای پسمانده از بارگذاری خارجی نبوده و در حالت خود تعادلی می‌باشند. یعنی مجموع نیروها و ممان‌های ناشی از اینگونه تنشها در جسم برابر صفر می‌باشد. به طور خلاصه می‌توان عوامل زیر را به عنوان مهمترین عوامل در تشکیل تنشهای پسمانده جوش نام برد :

• حرارت دادن موضعی و غیرهمگون (ذوب موضعی که متأثر از هندسة اتصال و انرژی جوش است)
• تغییر شکل حرارتی (کرنش)
• درجه مهار یا ممانعت قطعه کار (گیره‌بندی)

نوع و میزان تغییر شکلهای جوش ناشی از تنش‌های پسمانده به عوامل متعددی بستگی دارد که اهم آنها عبارت است از: جنس و هندسة قطعه، شکل و موقعیت اتصال،‌ انرژی جوش روشهای کاهش تنش‌ها و کرنش‌های پسماند جوشی: می‌توان تنش‌ ها و کرنش‌های پسماند را به طرق مختلف از قبیل عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT)، عملیات مکانیکی و بعضاً جوشکاری و پیشگرم کاهش داد یا به طور مؤثر از بین برد. در عملیات مکانیکی تنش گیری ، معمولاً سازه موردنظر را با باری بزرگتر از بار طراحی شده آن (ولی کمتر از بار بحرانی) تحت بارگذاری قرار می‌دهند تا تنش های پسماند از طریق ایجاد کرنش‌های پلاستیکی استحاله شود. پیش‌گرم در عملیات حرارتی عمدتاً به خاطر جلوگیری از ترک سرد بوده و معمولاً بین دمای محیط تاC˚ 225 صورت می‌گیرد. یک روش بسیار علمی جهت کاهش تنش‌های پسماند جوشی استفاده از روشهای جلوگیری از ایجاد تنش‌های پسماند جوشی می‌باشد که با توجه به شرایط جوشکاری و نوع طرح اتصال در جداول استاندارد نوع تکنیک‌های کاربردی و مقادیر مربوط به آن تعیین شده است. مهمترین تکنیک‌های کاربردی عبارتند از:

1-پایان جوشکاری قبل از تقاطع خط جوشها.

 2- استفاده از طرح اتصالهای متفاوت با توجه به هندسه قطعه کار.

3- استفاده از پیش نشاندن قطعات به منظور کاهش انقباض عرضی،‌ پیچش زاویه‌ای، خمش و کمانش .

4-استفاده از تکنیک‌های جوشکاری پیشبرد برای جوشکاری‌های طولانی

 5- رعایت ترتیب جوشکاری در ورق ها مطابق استاندارد.

سرفصل ها و فهرست و خرید در ادامه مطلب 

مقدمه ای بر تنش زدایی ارتعاشی

تنشهای پسماند بوجود آمده در مراحل و عملیات های مختلف ساخت سبب افزایش سطح تنش در قطعات در حین کار و حساس تر شدن قطعات و ایجاد ترک می شوند. ایجاد اعوجاج در فریم ها و پایه های ماشین ها و ناپایداری ابعاد نیز از اثرات نامطلوب تنش های پسماند هستند. سرد شدن غیر یکنواخت قطعات در هنگام جوشکاری باعث می شود که شکل و ابعاد قطعه تغییر کند. در تنش زدایی عموماً یکی یا هر دو هدف زیر مورد نظر است:

1. پایداری ابعادی قطعه در یک مدت زمان طولانی

معمولا درصد کمی کاهش تنش های پسماند برای رسیدن به پایداری مطلوب کافی است.

1. تحمل بارهای متناوب

برای آنکه قطعات بتوانند بارهای متناوب را به خوبی تحمل کنند سطح تنش های پسماند می بایست تقریبا صفر شود.

عموماً از روشهای حرارتی برای تنش زدایی استفاده می شود. در این حالت با بالا بردن دمای قطعه تا آنجاییکه تنش تسلیم ماده مورد نظر در آن دما بسیار پایین باشد بخش اعظمی از ماده پلاستیک شده و سپس با نگهداشتن قطعه در این دما و بعد از آن سرد کردن تدریجی آن تا رسیدن به شرایط اتاق باز می گردانند. در مورد فولادها با رساندن دمای قطعه به 510 تا 570 درجه سانتیگراد و نگاه داشتن قطعه به مدت یک ساعت 60 تا 85 درصد تنشهای پسماند آزاد می شوند. باید دقت داشت که عمل سرمایش آرام و تدریجی باشد تا از ایجاد تنش های پسماند که به دلیل وجود گرادیان های دمایی بوجود آمده اند جلوگیری شود.

2- 1 اصول حاکم بر تنش زدایی ارتعاشی

تنش زدایی با استفاده از تغییر شکل پلاستیک؛ می توان در دمای اتاق با استفاده از اعمال تنش خارجی در ناحیه ای که تنش پسماند به وجود آمده است رسید. مقدار این تنش اعمالی باید چنان باشد که جمع جبری تنش ها از تنش تسلیم ماده تشکیل دهنده قطعه در دمای اتاق بیشتر باشد. پس از حذف تنش های خارجی سطح تنش های پسماند کاهش می یابد. مکانیزمی که شرح داده شد اساس کار روش تنش زدایی ارتعاشی است.

سازه های واقعی دارای توزیع تنش بسیار پیچیده ای هستند و اعمال بارهایی که به اندازه کافی بزرگ باشند تا تنش زدایی مؤثر باشد ، مشکل و عملاً غیر ممکن است. این بارها می بایست در موقعیت های مناسب و با دقت به سازه وارد شوند تا اثر مطلوبی ارائه دهند. به دلیل آنکه جابجایی و کرنش های بزرگ یک سازه در حالت رزونانس قابل دستیابی است، در این حالت به مقادیر کمی نیرو برای تحریک سازه نیاز است ؛ ارتعاش کنترل شده سازه راه حل بسیار مناسبی برای بارگذاری یک سازه با یک فرم کاملاً پیچیده است.

توجه به نکات ذیل در تنش زدایی ارتعاشی ضروری است :

1. اگر هدف اولیه ، تنها کنترل پایداری ابعادی قطعه باشد نیاز نیست تا تمام تنشهای پسماند از میان بروند.
2. شکل های مد ارتعاشی سازه باید تعیین شوند و برای بدست آوردن توزیع یکنواخت کرنش مدهای بالاتر باید تحریک شوند.
3. جمع جبری مقدار کرنش خارجی و کرنش پسماند باید از حد تسلیم بالاتر رود.

2-2 بررسی اقتصادی و کاربردی

قبل از انجام هر پروژه ای می بایست اهمیت انجام آن پروژه از لحاظ اقتصادی و کاربردی مورد بررسی قرار گیرد. در این فصل ابتدا به کاربردهای این روش در صنایع مختلف و سپس به مزایای اقتصادی آن می پردازیم.

2-2-1  کاربردها
کاربرد این روش شامل دو مقوله عمده می باشد که عبارتند از :
1. تنش گیری و تابگیری قطعات ریخته شده یا جوشکاری شده
2. جلوگیری از ایجاد تنش پسماند حین جوشکاری
هر دو مورد از یک قانون و اصل کلی تبعیت می کنند و مورد اول جایگزین عملیات حرارتی تنش زدایی است و مورد دوم به جای پیشگرم کاری استفاده می شود.
به علاوه کاربرد اصلی و اختصاصی این روش در مورد مواد زیر است :

• فولادهای زنگ نزن آستنیتی : فولادهای زنگ نزن که در آنها وجود کاربید کروم باعث می شود در عملیات تنش زدایی حرارتی مقاومت ماده به خوردگی به دلیل درجه حرارت بالا از میان برود.
• مواد با خواص نامتقارن : اعوجاج ناشی از اختلاف ضریب انبساط حرارتی مهمترین مشکل این گونه مواد در عملیات تنش زدایی حرارتی است.
• آلیاژهای پیر سخت شده : آلیاژهایی که مقاومت شان بر اساس حرارت از میان می رود نیز می بایست از طریق مکانیکی تنش زدایی شوند.

در موارد فوق امکان دیگری برای تنش زدایی وجود ندارد و تنها روش قابل استفاده روش ارتعاشی می باشد .

2-2-2 بررسی اقتصادی و مزایا

در این قسمت فهرستی از مهمترین مزایای تنش زدایی به روش ارتعاشی ارایه می گردد. لازم به ذکر است که مقادیر مذکور در هر مورد بر اساس آمار و گزارشهای ارایه شده به سازندگان تجهیزات تنش زدایی ارتعاشی است.

1. کیفیت بدست آمده به خوبی تنش زدایی حرارتی است.

جنرال موتورز 680 قطعه از بدنه کامیونهای تولیدی خود را با این روش تنش گیری کرده است و توانسته به پایداری ابعاد دست یابد. و حتی مدعی شده است که نسبت به تنش زدایی حرارتی نتایج بهتری گرفته است.

1. هزینه ها تا میزان 95% کاهش یافته اند.

در واقع حذف کوره و مصرف توانهای بسیار پایین در حد چند صد وات با عث کاهش هزینه ها تا این حد می گردد. البته میزان کاهش بسته به نوع ، اندازه وجرم قطعه متفاوت است اما به هر حال این مقدار قابل توجه است.

1. زمان مورد نیاز تا 98% کاهش یافته است.

معمولا اگر قطعات چندان پیچیده و بزرگ نباشند کل عملیات تنش گیری با استفاده از این روش در حد چند دقیقه وقت می گیرد . ولی به هرحال نسبت به روش حرارتی بسیاری از زمانها مثل آماده سازی کوره ، زمان مورد نیاز برای گرم کردن و سپس سرد کردن آن که به صورت تدریجی می باشد حذف می شوند.

1. راندمان بالا و عدم تولید آلودگی نیز از مزایای این روش هستند.

با توجه به مسائل زیست محیطی که امرزه بسیار مورد توجه جوامع مختلف است کاهش قابل توجه آلودگی و استفاده از انرژی های پاک ( برق ) مهمترین مزیت این روش است.
5. هیچگونه محدودیت اندازه یا وزن در به کارگیری این روش وجود ندارد.
6. ارای قابلیت اطمینان بالایی دارد.
7. مصرف توان و انرژی فوق العاده پایین است.

1. تجهیزات این روش قابل حمل هستند که باعث کاهش فوق العاده هزینه های حمل ونقل می شود.

فصل اول

تنش های پسماند در جوشکاری

1-1 انقباض و تنش پسماند.. 17             1-2 تنش پسماند کششی....20

فصل دوم

مقدمه کلی بر تنش زدایی ارتعاشی

2- 1 اصول حاکم بر تنش زدایی ارتعاشی...25

2-2 بررسی اقتصادی و کاربردی.. ..26

2-2-1  کاربردها.26

2-2-2 بررسی اقتصادی و مزایا.. ...27

فصل سوم

تنش زدایی ارتعاشی (VSR)

3-1  تاریخچه.. ... ..33

3-2  اساس کار تنش گیری ارتعاشی و کاربردهای آن... .... .... ...38

3-3  انواع روش های تنش زدایی ارتعاشی.... 46

3-3-1  روش تنش زدایی ارتعاشی در محدوده فرکانس رزونانس (R-VSR)..47

3-3-2 روش تنش زدایی ارتعاشی در محدوده فرکانس زیر هارمونیک. 51

3-3-2-1 تجهیزات مورد استفاده در تنش زدایی ارتعاشی.. 55

3-3-2-2  اجزای دستگاه تنش زدایی .....57

3-4 مزایای تنش گیری ارتعاشی نسبت به تنش گیری حرارتی در جوشکاری...61

فصل چهار

کاربرد تنش زدایی ارتعاشی

4-1  مقدمه..... .62

4-2  نمونه‌هایی از مصارف ص.64

4-2-1  پروانه فن و تجهیزات دوار.64

4-2-2  لوله ها، میله ها و شافت ها... .65

4-2-3  قطعات مختلف چدنی.. ....66

4-2-4  قطعات گیربکس. ..67

4-2-5  بیلت فورج شده..... ....68

4-2-6  تیرک. .....68

4-2-7  پایه کمپرسورها..... ..68

4-2-8  ماشین های حفاری..... ...69

4-2-9  وسایل حمل و نقل.. ...70

4-2-10  چرخ دنده ها.. ....71

4-2-11  قاب چرخ حرکت کننده روی زمین. .72

4-2-12  چرخ بالا برنده. .73

4-2-13 پاتیل و مخازن سرباره..... .....73

4-2-14 سایر قطعات..... ..73

فصل پنجم

نظر شرکت های بزرگ استفاده کننده از روش تنش گیری ارتعاشی... ....75

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                      صفحه

شکل 1-1 : فرکانس طبیعی در یک شیپور.. ....40

شکل1-2: ساحل فاندی در کانادای غربی .. ...41

شکل 1-3: مراحل تخریب پل تاکومانروز نزدیک پاگت ساند در ایالت واشنگتن. ..43

شکل 1-4: دامنه حرکت هماهنگ میرا به صورت تابعی از فرکانس... ....46

شکل 1-5: منطقه HARMONIC و SUB-HARMONIC پیک روزناسن. ...46

شکل 1-6: زمان لازم برای تنش زدایی بر حسب وزن قطعه.. ....50

شکل 1-7: اجزای شماتیک دستگاه تنش زدایی .60

شکل 1-8: نمودار دامنه بر حسب فرکانس بر اساس پاسخ دریافتی از دستگاه .60

شکل 4-1: تنش زدایی تجهیزات دوار.... ..65

شکل 4-2: تنش زدایی شافت ها. .66

شکل 4-3: تنش زدایی قطعات چدنی... ...67

شکل 4-4: تنش زدایی پایه کمپرسورها... ....69

شکل 4-5: تنش زدایی مته های فولادی ماشین های حفاری TBM... .70

شکل 4-6: تنش زدایی ارتعاشی بدنه خودرو ها..... ....71

شکل 4- 7:تنش زدایی ارتعاشی چرخ دنده ها. .72

شکل 4-8:تنش زدایی رینگها. ...72