بخشی از مقاله
چکیده
هدف اصلی این تحقیق، روشهای کاهش تنش پسماند در جوشکاری است که اثرات مخربی را در جوشکاری به بار میآورد. در این زمینه میتوان به عوامل ایجاد تنش پسماند که بطور کلی به سه دسته عوامل مکانیکی، حرارتی و متالوژیکی تقسیم میشود اشاره کرد. برای کاهش تنشهای پسماند میتوان به روشهای مثل عملیات حرارتی، ساچمه زنی، ضربه زدن با چکش، تنشزدایی ارتعاشی و ضربه زنی با فرکانس التراسونیک اشاره کرد.
کلمات کلیدی: تنش پسماند، جوشکاری، مدلسازی
-1مقدمه
تنش پسماند جوشکاری در اثر توزیع نامنظم حرارت حین جوشکاری بوجود میآید. تنش پسماند جوشکاری تاثیر به سزایی روی استحکام و عمر خستگی قطعات متصل شده دارد و این اثرات با توجه به کششی یا فشاری بودن تنش پسماند تغییر مییابند. تنش پسماند کششی منجر به کاهش عمر خستگی قطعات جوشکاری شده و احتمال ایجاد ترک تنش – خوردگی را افزایش میدهد. به این علت، تنش پسماند ایجاد شده در قطعات پس از جوشکاری تجهیزات حمل و نقل، کشتی سازی و سازههای پلی فولادی که دائم تحت بارگذاری خستگی پیوسته قرار میگیرند با استفاده از روش های مختلف حذف میشوند. روشهای حذف تنش پسماند جوشکاری شامل عملیات حرارتی پس از جوشکاری، اعمال بار مکانیکی، ارتعاش - لرزاندن - قطعه جوشکاری و چکش زدن قطعات حاوی تنشهای پسماند کششی میباشند که منجر به ایجاد تنش پسماند فشاری روی سطح قطعه میشوند.
-2علل ایجاد تنشهای پسماند در جوشکاری
-1-2 تنشهای پسماند به آن دسته از تنشها اطلاق میشود که پس از انجام عملیات خاصی در جسم باقیمانده و ناشی از بارگذاری خارجی نمیباشند. این تنشها در حالت خود تعادلی هستند. منظور از خود تعادلی این است که مجموع نیروها و ممانهای ناشی از اینگونه تنشها در جسم برابر صفر میباشد. عموماً عبارت تنش پسماند به صورت اثر استاتیکی، نماینده میدانهای تنشی تک محوری یا چند محوری در یک سیستم بسته بدون وجود هیچگونه نیرو یا گشتاور خارجی است که این مواضع تنشی با هم در تعادلند. منابع ایجاد تنشهای پسماند بسیار متنوع بوده و میتوان آنها را در سه مجموعه کلی مکانیکی، حرارتی و متالورژیکی دستهبندی نمود. اکثراً فرآیندهای ساخت و مونتاژ در قطعه تحت عملیات، عامل ایجاد تنش پسماند میباشند. در مکانیک شکست با وجود این نوع تنشها، اگر قطعه دارای ترک بسیار کوچکی باشد باعث رشد آن شده تا اندازه ترک به یک حد نهایی برسد، سپس قطعه به طور ناگهانی خواهد شکست. این نوع تنشها در بعضی مواقع مفید و در بعضی دیگر مضر میباشند. مثلاً تنشهای فشاری روی سطح از ایجاد خوردگی و همچنین رشد ترک جلوگیری میکند. به عبارت دیگر تنشهای پسماند فشاری در قطعات عمداً ایجاد شده تا به مقاومت در برابر خستگی و جلوگیری از رشد ترک کمک کند. حال به شناخت ماهیت تنش پسماند و عوامل ایجاد این تنشها پرداخته میشود.
-2-2 ماهیت تنش پسماند
از لحاظ گستردگی در جسم و در حالت دقیق و استاندارد شده، تنش های پسماند به سه نوع II،I، III تقسیم بندی میشوند. تنش پسماند نوع I اغلب در ناحیه وسیعی از ماده - چندین دانه - ، به صورت همگن و یکنواخت قرار دارد. برهم خوردگی و اغتشاش در تعادل نیروها، همواره منجر به تغییرات ابعادی ماکروسکوپی می شود.[1] تنش های پسماند نوع II، اغلب در ناحیه کوچکتری از ماده - فاصله یک دانه یا بخشی از یک دانه - ، به طور یکنواخت و همگن توزیع شدهاند. این نوع تنش بین فازهای مختلف رخ داده و خواص فیزیکی متفاوتی را دارا هستند. در این حالت اغتشاش در تعادل نیروهای مناطق مختلف ماده میتواند منجر به تغییرات ابعادی ماکروسکوپی شود. تنش های پسماند نوع III، در سرتاسر محدوده ماده حتی در ابعاد چند فاصله اتمی، به صورت ناهمگن پخش شدهاند. این نوع تنشها در اثر حضور نابجاییها و یا دیگر عیوب کریستالی در قطعه ایجاد میشوند. در این حالت از تنش اغتشاش در تعادل نیروها منجر به تغییرات ابعادی ماکروسکوپی نمیشود.
-3 -2 عوامل ایجاد تنش های پسماند
بطور کلی سه دسته منابع اصلی که باعث ایجاد تنش پسماند در قطعات می شوند عبارتند از:
♦مکانیکی
♦حرارتی
♦متالورژیکی فرآیندهای تولید عمومیترین حالت هایی هستند که موجب ایجاد تنشهای پسماند در قطعه میشوند.
اکثر فرآیندهای ساخت و تولید باعث به وجود آمدن تنش پسماند نوع I با بزرگی و توزیع متفاوت میگردند. تقریباً تمام فرآیندهای ساخت و تولید نظیر ریختهگری و شکلدهی، جوشکاری و اتصالدهی، ماشین کاری، عملیات حرارتی و غیره باعث ایجاد تنشهای پسماند در قطعه تولید شده، میشوند. همچنین در برخی موارد ممکن است تنش پسماند بعداً در طول عمر سازه، توسط فرآیند نصب یا مونتاژ غلط، توسط اضافه بارهای اتفاقی، اثرات موقعیت استقرار بر روی سازههای زیرزمینی و یا توسط بارهای مرده - وزن سازه - ، که الزاماً یک قسمت از بارهای ناخواسته موجود در سازه هستند، به وجود آید. حالت کلی دیگری که موجب ایجاد تنش پسماند میشود، اصلاح یا ایجاد تغییر در سیستم در حال کار میباشد. تنشهای پسماند با توجه به ماهیت و توزیعشان میتوانند بر عمر خستگی سازههایی که تحت اثر بار سیکلی هستند تأثیر بگذارند.
-4 -2 تنش پسماند در قطعات جوشکاری شده
فرآیندهای جوشکاری در تولید و ساخت بسیاری از محصولات از تولیدات ساده، نظیر صندلیها گرفته تا محصولات پیچیده، نظیر کشتیها و آسمانخراشها استفاده میشود. فرآیند جوشکاری از گرما برای ذوب دو قطعه فلز نزدیک به یکدیگر استفاده کرده تا یک اتصال فلزی با خواص مشابه ماده اصلی آنها ایجاد کند.[3] هفت روش استفاده شده برای ایجاد گرما در فرآیند جوشکاری وجود دارد: الکتریسیته، شعله گاز، فورج یا کوره حرارتی، پرتو الکترونی، واکنش شیمیایی، ارتعاشات فراصوتی و پرتو لیزر. تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری، در اثر گرم و سرد شدن سریع مواد در نزدیکی منبع گرمایی ایجاد میشوند. درجه حرارت متناسب با فاصله از مرکز جوش در میان ماده جوشکاری شده تغییر میکند، بنابراین میتوان ناحیه جوش را به سه منطقه گرمایی تقسیمبندی نمود. این مناطق در شکل - - 2 مشاهده میشود.
