بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش اثر عملیات حرارتی پیشگرم و پسگرم بر میزان تنش باقیمانده اتصال فولاد 4140 AISI با فولاد زنگ نزن 304 با فیلر فولاد زنگ نزن 309l مورد بررسی قرار گرفته است. برای این اتصال از روش جوشکاری TIG استفاده شده است. در این پژوهش جوشکاری در حالتهای مختلف پیشگرم و پسگرم مورد بررسی قرار گرفت. پس از انجام آزمونهای متالوگرافی، میکروسختی و آنالیز XRD مشخص شد با انجام عملیات حرارتی پیشگرم و پس گرم میتوان میزان تنش باقیمانده را کنترل کرد. همچنین عملیات حرارتی پسگرم نقش مهمی در میزان تنش باقیمانده دارد.
-1 مقدمه
یکی از متداولترین روشهای اتصال فلزات به یکدیگر روش جوشکاری میباشد. سرعت و استحکام بالا از مزایای روش جوشکاری میباشد. از این رو از جوشکاری به طور گستردهای در ساخت ساختمانها، کشتیها، سکوهای حفاری نفت، خطوط لوله، سفینههای فضایی، راکتورهای هستهای و مخزنهای فشار بالا استفاده میشود.[1] در فرآیند جوشکاری دمای کار در محدوده کوچکی تا نزدیکی نقطه ذوب بالا میرود ولی با دور شدن از این منطقه دما با شیب زیادی کاهش مییابد. این شرایط از انبساط یکنواخت فلز جلوگیری مینماید و ممکن است سبب تولید تنشهای پسماند در قطعه گردد. تنش پسماند تنشی است که در جسم باقی مانده و در تعادل با محیط اطراف خود است. بنابراین دانستن مقدار و جهت آن در طراحی بسیار مهم میباشد. تنشهای پسماند، تنشهای خود متعادلی هستند که در قطعه در اثر فرآیند تولید نظیر نورد، جوشکاری، ریختهگری، ماشینکاری و غیره محبوس میگردند که میتوانند تأثیر منفی یا مثبت بر عمر قطعه داشته باشند. تنشهای پسماند در فلزات به طور غیرمستقیم به وسیله کرنشهای موجود در نمونه اندازهگیری میشوند. در روش استاندارد پراش اشعه ایکس1 از تغییر در فاصله بین صفحات کریستالی به عنوان کرنشسنج استفاده میشود.بکارگیری حرارت کمکی در یک اتصال، قبل یا بعد از جوشکاری، یک قسمت مهم از فرآیند و روش جوشکاری به شمار میرود. هر دو عمل پیشگرمی و پسگرمی را میتوان بر روی یک قسمت از اتصال و یا تمامی آن انجام داد. عملیات های فوق به دلایل گوناگون بر روی جوشها انجام می گیرند که مهمترین آنها عبارتاند از:
-1 جلوگیری از ایجاد ترک سرد2 در ناحیه حرارت دیده جوش در فولادهای سخت شونده
-2 افزایش چقرمگی جوش و ازدیاد مقاومت آن در برابر شرایط بهرهبرداری
-3 جلوگیری از تأثیر ناشی از نفوذ هیدروژن به ناحیه حرارت دیده
-4 کاهش تنشهای پسماند - تنشهای داخلی ناشی از انقباض، تغییر فاز و مهار - -5 کاهش انقباض و کج شدگی -6 ایجاد خواص ویژه مکانیکی و فیزیکی در جوش
مطالعه بر روی تنشهای حرارتی گذرای فرآیند جوشکاری از سال 1930 آغاز گردید و اولین نتایج آن در سال 1936 ارائه شد. در این سال برای اولین بار از کامپیوتر برای تحلیل تنشهای حرارتی استفاده شد.[4] پس از آن در سال 1978 آندرسون [5] با استفاده از روش اجزای محدود دو بعدی توزیع تنش پسماند در سطوح بالا و پایین یک صفحه پایه را در نزدیکی خط جوش، طی فرآیند جوشکاری زیر پودری، مورد بررسی قرار داد. وی نشان داد استحالههای فازی طی سیکل سرد شدن، اثر مهمی بر تنشهای پسماند دارند. در ادامه در سال 1388 شهاییان و همکارانش[6] به بررسی و تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش و راهکارهای کاهش تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری پرداختند و مشخص کردند که جوشکاری تأثیر چندانی بر کاهش تنشها ندارد و از طرف دیگر با استفاده از روش پیشگرمایش، بیشینه تنشها تا 22 درصد کاهش مییابد. پیش گرمایش علاوه بر کاهش تنشها باعث پایین آمدن سرعت سرد شدن قطعه نیز میشود. در سال 1393 هنرپیشه و همکارانش [7] به بررسی و مقایسه تنشهای پسماند در نمونههای تنشزدایی شده به دو روش حرارتی و آلتراسونیک با بکارگیری روش سوراخکاری مرکزی و پراش اشعه ایکس پرداختند و نشان دادند که در نمونه تنشزدایی شده با ضربات آلتراسونیک هیچگونه پیکی در نتایج حاصل از آزمون پراش اشعه ایکس حاصل نمیگردد و این درحالی است که برای نمونه تنشزدایی شده به روش حرارتی در زاویه حدود 137 درجه شدت پیک نشان از مقداری تنش پسماند در نمونه میباشد. بر اساس مطالب بیان شده در فوق در این پژوهش به بررسی تأثیر عملیات حرارتی پیش-گرم و پسگرم بر میزان تنش باقیمانده اتصال نامشابه فولاد 304 به 4140 به روش جوشکاری TIG با استفاده از نتایج آزمون پراش اشعه ایکس پرداخته میشود.
-2 مواد و روش تحقیق
در این پژوهش دو نمونه از فولاد آلیاژی 304 و 4140 در ابعاد 1/5×8 سانتیمتر و ضخامت 6 میلیمتر تهیه شد. به منظور جلوگیری از ایجاد تنش اضافی در نمونهها، ضخامت مورد استفاده در هر دو نمونه به طور یکسان در نظر گرفته شد. همچنین برش نمونهها با استفاده از دستگاه وایرکات به منظور جلوگیری از ایجاد تنش در نمونهها انجام شد. ترکیب شیمیایی فولاد آلیاژی 4140 و 304 به ترتیب در جداول 1 و 2 آورده شده است. فرآیند جوشکاری نمونهها مطابق شکل 1 و به صورت جوش لب به لب با فاصله میانی 2/5 میلیمتر انجام شد. در این پژوهش از جوش آرگون با فیلر 309l استفاده شد که مناسبترین نوع فیلر برای جوشکاری آلیاژ فولاد زنگ نزن آستنیتی با فولاد غیر همنام میباشد. ترکیب شیمیایی این فیلر در جدول 3 ارائه شده است. به منظور بررسی تأثیر عملیات حرارتی پیشگرم و پسگرم بر میزان تنش باقیمانده اتصال نامشابه فولاد 304 به 4140 به روش جوشکاری TIG ابتدا نمونهها در دو دمای 150 و 250 درجه سانتی گراد پیشگرم شد. سپس نمونههای مورد نظر حاصل از جوش آرگون دو آلیاژ
