بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق لوله های فولادی API-X52 به روش جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا تهیه و تاثیر عملیات حرارتی نرماله کردن پس از جوشکاری بر سختی، استحکام و مقاومت به ضربه - چقرمگی - ناحیه جوش بررسی گردید. نمونه های جوشکاری شده در دماهای 850، 910، 950، 1000 و 1100 درجه سانتی گراد توسط کوره القایی حرارت دهی شده و به مدت مشخصی در هوا و سپس بوسیله آب سرد شدند. نتایج نشان داد که نمونه عملیات حرارتی شده در دمای 950 درجه سانتی گراد بیشترین مقاومت به ضربه - 165 ژول - را در بین نمونه ها دارا است، ضمن این که در این نمونه سختی خط جوش به سختی فلز پایه و ناحیه HAZ نزدیک تر است. لذا ایجاد خواص مکانیکی یکنواخت در قطعه که لازمه تولیدی ایمن می باشد در این نمونه بهتر محقق شده است.
مقدمه
ایران از بزرگترین تولید کنندگان نفت و گاز محسوب می شود. انتقال این سیالات استراتژیک در مسافت های طولانی بین قاره ای، به وسیله کشتی های نفت کش و در مسافت های کوتاه تر به وسیله لوله های فولادی صورت می گیرد؛ لذا ایمنی بالای لوله های انتقال حائز اهمیت است. انتخاب روش ساخت لوله های انتقال بستگی به ترکیب شیمیایی، ضخامت و قطر آن ها دارد. چنان چه انتقال حجم زیادی از سیال مورد نظر باشد از لوله هایی با قطرهای بالا که به روش جوش زیرپودری درز مستقیم یا مارپیچ تولید می شوند استفاده می گردد. اما برای انتقال حجم های کم سیال از لوله های با قطر کمتر از 24 اینچ تولید شده با روش جوش مقاومتی فرکانس بالا استفاده می شود .
جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا به دلیل سرعت عمل زیاد و عدم نیاز به مواد پر کننده یکی از معمول ترین روش های تولید لوله های درز دار است. اما عدم امکان تعمیر ناحیه جوش و نیاز به عملیات حرارتی پس از جوش - جهت افزایش چقرمگی - از معایب آن محسوب می شود .[2] تولید لوله با جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا، فرایندی است شامل شکل دهی سرد ورقی کهقبلاً نورد گرم شده به شکل مدور و اتصال لبه های آن به وسیله ترکیب حرارت متمرکز مقاومت الکتریکی با فرکانس بالا و فشار مکانیکی توسط غلتکهای فشارنده به لبه های گرم شده تا بهم فشرده و تغییر شکل پلاستیکی رخ داده و جوش ایجاد شود. موادی که از سطح داخل و خارج بیرون می زنند از روی سطح برداشته می شوند.
در این روش، جریان از طریق تماس دو کنتاکتور از جنس مس که خاصیت رسانایی بالایی دارد، با سطح لوله برقرار می شود. لوله همانند یک مقاومت عمل کرده و در اثر خواص منحصر به فرد عبور جریان فرکانس بالا، در لبه های ورق به علت رخداد دو پدیده اثر پوستی و مجاورتی، دمای لبه ها بصورت موضعی بالا رفته و لبه ها گداخته شده و توسط غلتک ها در هم فرو می روند - شکل. - 1 بواسطه اثر پوستی، جریان به سطح رسانا در فرکانس بالا جاری می شود و بواسطه اثر مجاورتی، جریان روی هادی های مجاور هم، بر سطح مجاور متمرکز می شود .[3]
شکل .1 شماتیک جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا .
استحکام لوله های فولادی تولید شده با روش جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا، به شرایط جوشکاری و عملیات حرارتی پس از آن بستگی دارد. چانگ و همکارانش در خصوص تاثیر دماهای مختلف عملیات حرارتی بر خواص مکانیکی و ریزساختار فولاد API X65 تحقیق کرده و نتیجه گرفتند که با انجام عملیات حرارتی نرماله و باز پخت در دمای 600 درجه سانتی گراد چقرمگی نمونه - در دمای -20 و -40 درجه سانتی گراد - افزایش می یابد .
تحقیقات مشابهی توسط یان و همکارانش [6]، ناکاتا و همکارانش [7]، وانگ و همکارانش [8]، کیم و همکارانش [9] و تاتسو و همکارانش [10] بر روی فولادهای X80, X70, X60 انجام شده است و به نتایج مشابهی رسیده اند. هدف از این پژوهش رسیدن به دمای بهینه ای برای عملیات حرارتی لوله های API-X52 تولیدی به روش جوش مقاومتی فرکانس بالا در شرکت لوله سازی اهواز است تا علاوه بر کیفیت بالای جوش و ناحیه متاثر از حرارت، در مصرف انرژی نیز صرفه جویی گردد.
مواد و روش تحقیق
جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا بر روی لوله های فولادی API-X52 با ضخامت 0/28 اینچ 7/11 - میلی متر - و قطر 16 اینچ 406 - میلی متر - در شرکت لوله سازی اهواز انجام شد. X دلالت بر وجود عناصر آلیاژی همچون نیوبیوم، وانادیوم و نیتروژن و دو رقم پس از آن نشان دهنده حداقل استحکام تسلیم مورد نیاز بر حسب ksi است. ترکیب شیمیایی ورق مورد استفاده که ساخت شرکت فولاد مبارکه اصفهان است در جدول1 مشاهده می شود. خواص مکانیکی آن نیز در جدول2 ارایه شده است.
دستگاه جوشکاری لوله ساخت شرکت ترماتول با مشخصات داده شده در جدول3 مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا نمونه هایی از مقطع جوش - مطابق شکل - 2 تهیه و از لحاظ متالوگرافی و خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفتند. پس از آن، عملیات حرارتی توسط یک کوره القایی بر روی پنج لوله در دماهای 850، 910، 950، 1000 و 1100 درجه سانتی گراد صورت گرفت و مجددا از ناحیه جوش نمونه برداری شد.
نمونه ها جهت انجام آزمایش های خواص مکانیکی - سختی، کشش و ضربه - و متالوگرافی ماشین کاری شدند. تست سختی در مقیاس راکول بی، نمونه های تست کشش بر اساس استاندارد ASTM 370، تست ضربه بر اساس استاندارد ASTM E23 و تست متالوگرافی بر اساس استاندارد ASTM E112 آماده و نتایج بر اساس استاندارد API-5L مورد بررسی قرار گرفتند. برای متالوگرافی، پس از پولیش با سمباده 120 تا 1200 مش، نمونه ها با محلول نایتال 5 درصد اچ و ریزساختار آن ها زیر میکروسکوپ نوری متالوگرافی در بزرگنمایی 50 تا 1000 مشاهده گردید.
