بخشی از مقاله
چکیده
با وجود مزایای فراوانی که جوشکاری برای اتصال فلزات فراهم میآورد پدیدههای نامطلوب و معایبی نیز در استفاده از آن بوجود میآید، به عنوان مثال بعد از انجام فرایند جوشکاری به دلیل توزیع غیریکنواخت دما، تنشها و تغییر شکلهای پسماندی در فلز جوشکاری شده ایجاد میگردد که میتواند باعث تسریع شکست ترد، کاهش عمرخستگی و خوردگی تنشی در قطعه زیر بار گردد، ایجاد تنشهای پسماند1 و اعوجاج2 در قطعه، موضوع قابل توجهی در صنعت کشتی سازی می باشد، تنش های پسماند واعوجاج های ناشی ازجوش به عوامل مختلفی ازقبیل جنس قطعه، هندسه قطعه، انرژی جوش - سرعت، ولتاژ، جریان - و ترتیب جوشها - توالی جوش - 3 بستگی دارد.
در این مقاله ابتدا سعی شده است با بررسی متون و مطالعات انجام شده توسط محققین، اثر جوش بر اعوجاج ورق ها و تنشهای پسماند در عملیات جوشکاری، در یک ورق و تقویتکننده همجنس با آن بررسی وتحلیل شود سپس به طور خاص اثر توالی جوش بر میزان اعوجاج و تنشهای پسماند در قطعه کار، با یک تست آزمایشگاهی و مقایسه عملی آن با نتایج عددی موجود در یک مقاله علمی - گانن، سال - 2010 بررسی و درنهایت پارامترهای مهم در نحوه جوش ورق های سازه کشتی به اجزاء تقویت کننده شرح داده شده است، نتایج نشان میدهد که توالی جوش و طراحی هوشمندانه عملیات جوش تاثیر زیادی بر استحکام نهایی و هزینهتمام شده سازه دارد و صرف نظر از جنس بدنه، نحوه جوش ورقهای سازهکشتی به اجزاء تقویتکننده از یک قانون کلی تبعیت میکند.
واژههای کلیدی:سازهکشتی، عملیات جوش، تنشهایپسماند، اعوجاج، توالیجوش.
-1 مقدمه
امروزه درکشورهای صنعتی، تکنولوژیهای متعددی جهت ساخت تجهیزات و اتصال سازههای دریایی به کار گرفته میشوند اما از این میان جوشکاری جایگاه ویژه ای دارد. جوشکاری سریع ترین و پرکاربرد ترین روش اتصال، در صنایع مختلف به ویژه در صنایع دریایی و کشتی سازی می باشد زیرا تمام فلزات و آلیاژهای مهم دریایی در تمام شرایط محیطی قابلیت جوشکاری دارند، در طراحی عملیات جوش باید خواص جوش ایجاد شده با خواص قطعات مورد اتصال یکسان یا نزدیک به هم درنظرگرفته شود تا جوشی ایده آل، با کمترین معایب اعوجاج و تنش های پسماند بوجود آید، درصنعت کشتیسازی و حوزه رقابتتجاری، همواره برای ساخت سازه کشتی یکی از نقطه نظرها در برنامه ریزی تولید، طرح عملیات جوش وکاهش هزینه تمام شده یک اتصال است اما در کنار آن تلاش برای تولید جوش سالم و طراحی روشهای جوشکاری با استحکام بالاتر، در بسیاری از کشورهای صاحب صنعت کشتیسازی همانند کره، ژاپن و چین که گوی سبقت را از کشورهای اورپایی ربودهاند مدنظر طراحان و مهندسین میباشد.
-2 روش تحقیق
در این تحقیق یک مدل عینی طراحی جوش با مقایسه بین داده های آزمایشگاهی، معتبرسازی شده است. همچنین از یک تحقیق که در آن شبیه سازی اجزای محدود برای بررسی اعوجاج و تنشهای پسماند تولید شده در طی جوشکاری با چهار توالی مختلف استفاده شده است کمک گرفته شده و نتیجه نهایی با طراحی عملیات جوش انجام گرفته مقایسه و تشریح شده است.
-3 فعالیت و اقدامات اصلی طرح تحقیق
درابتدا به بررسی و تحلیل اثر جوش بر تنشهای پسماند و اعوجاج ورقها و نتایج آن بر استحکام نهایی سازه می پردازیم و سپس پارامترهای موثر برتنشهای پسماند و اعوجاج ورق را بررسی مینماییم.
-1.3 اثر تنشهای پسماندجوش و تغییرشکلهای پسماند - اعوجاج - ، بر استحکام نهایی سازه
اعوجاج، تغییر دائمی شکل و ابعاد فلز است که در اثر انبساط و انقباض روی میدهد، فرایندهای جوشکاری و برشکاری ورق ها، علل شایع اعوجاج درآنها می باشند و می توانند آنها را تضعیف نمایند - کتاب ضروریات جوشکاری،. - 1383 پدیده اعوجاج پس از جوشکاری بطور ویژه در مونتاژ بلوکها در صنایع کشتی سازی مسئله ساز میشود. اعوجاج بیش از اندازه اجزای جوشکاری شده منجر به نا همترازی اجزا شده و نیازمند بکارگیری روش های اصلاح کننده نظیر صاف کردن با شعله و خمکاری سرد میباشد تا مقدار اعوجاج ناخواسته، به سطح قابل قبول برسد. - گاننوهمکاران، - 2010
تنش های پسماند نیز تنش هایی هستند که در یک جسم با وجود حذف همه بارهای خارجی، باز هم وجودخواهند داشت، این نوع تنشها میکروسکوپی بوده و ناشی از تغییر فرم پلاستیک می باشند، تنشهای پسماندجوش در یک فلزکه قبلا در معرض تغییرات دمایی شدید و غیر یکنواخت جوشکاری قرار گرفته است بوجود می آیند ، وجود تنش پسماند کششی در قطعات به علت اضافه شدن به تنش های ناشی از بارهای اعمالی، نامطلوب است - سیفیوهمکاران،. - 1391 در صنعت کشتی سازی در مواردی که حجم جوشکاری برای اتصال ورقهای تقویت شده به میزان قابل ملاحظه ای باشد، تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری باعث وقوع تسلیم اولیه در بعضی نواحی ورق تقویت شده گردیده و درنتیجه سطح مقطع موثر ورق کاهش مییابد - گاننوهمکاران،. - 2010
اگر بارهای خارجی بر روی سازه جوشکاری شده که تنش پسماند دارد اعمال شود، در سازه کرنش موضعی ایجاد میکند و یک خزش موضعی ناچیز، تنشهای پسماند را در کل سطح آزاد می کند - مجدنیا،. - 1383 برای ورق های تقویت شده طولی که تحت نیروی محوری فشاری قرار میگیرند، استحکام کمانشی ورق جوشکاری شده در مقایسه با ورق بدون تنش تا میزان 25درصد کمتر میباشد. تنشهای پسماند اثرات بیشتری بر رفتار ورقهای تقویت شده باریک داشته و در موارد شدید موجب کاهش40درصدی، در استحکام فشاری آنها می شوند. کاهش استحکام و ظرفیت ورقهای تقویت شده پوسته و بدنه کشتی در نهایت موجب کاهش استحکام نهایی شاه تیر طولی بدنه می شود. در یک تحلیل نشان داده شده است که تنشهای پسماند موجب کاهش استحکام نهایی شاه تیر طولی بدنه به میزان5/1 درصد در حالتهاگینگ وهمچنین 4/7 درصد در حالت سگینگ میشود. - گاننوهمکاران ، - 2010
-2.3 جوشکاری و پارامترهای موثر برتنشهای پسماند و اعوجاج
جوشکاری با الکترود روشی رایج برای اتصال اجزای فولادی بوده و معمولترین روش مورد استفاده در صنایع کشتیسازی میباشد. در جوشکاری با الکترود با تکیه بر گرمایش شدید محلی در یک نقطه، مقداری از فلز پایه ذوب شده و با الکترود جوشکاری گداخته شده و در قطعه کار نفوذ میکند و همین امر باعث ایجاد تنشها و تغییر شکلهای پسماند - اعوجاج - در قطعه کار میگردد، پارامترهای زیر در حین انجام عملیات جوشکاری برمیزان تنشها و تغییر شکلهای پسماند جوش اثر میگذارد. - شهابیان، - 1388
-1.2.3 تاثیرجنس قطعه
ضریب هدایت حرارتی و ضریب انبساط حرارتی فولاد، تاثیر مستقیم در میزان اعوجاج آن دارد، همانطور که در شکل1 نشانداده شده است، فولاد به دلیل هدایت حرارتی کمتر، دمای بیشتری را حین عملیات جوشکاری تجربه میکند و همچنین به دلیل ضریب انبساط حرارتی بیشتر، دچار اعوجاج بیشتری خواهدشد. در ضمن هرچه تنش تسلیم فولاد نیز کمتر باشد، اعوجاج آن در جوشکاری بیشتر خواهد بود، میزان تنشها و تغییر شکلها در اتصالات جوش فولادهای همجنس، نسبت به اتصالات غیرهمجنس متفاوت است، دراتصالات همجنس با افزایش تنش تسلیم فولاد حداکثر تنش پسماند جوش نیز افزایش مییابد، همچنین در اتصالات غیرهمجنس تنشپسماند در فلزی که استحکام بیشتری دارد، بالاتراست و این اختلاف با افزایش اختلاف تنش
