بخشی از مقاله
چکیده
جوش زیرپودری بصورت دو سیمه - تاندم - با توجه به نرخ رسوب بالا و کیفیت مناسب جوش، بعنوان جوش اتوماتیک و نیمه اتوماتیک در صنایع مختلف بسیار مورد توجه است. از لحاظ اقتصادی، قسمت عمده هزینههای جوش زیرپودری مربوط به سیم جوش و فلاکس مصرفی در این روش است؛ لذا برای داشتن جوشی مناسب با حداقل هزینهها، تعیین پارامترهای مؤثر بر مصرف و کنترل این پارامترها ضروری است. در این کار تحقیقاتی با استفاده از روش RSM تأثیر آمپر و ولتاژ به عنوان دو متغیر اساسی بر مصرف فلاکس مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت ارتباط میان مصرف پودر، آمپر و ولتاژ برقهای مستقیم و متناوب فرموله شده است. نتایج نشان دهنده برازش مناسب مدل بر دادهها است، که قابلیت استفاده از آن در شرایط عملی را نشان میدهد.
-1مقدمه
متودولوژی سطح پاسخ RSM1 یک مجموعه از تکنیک های آماری و ریاضیات کاربردی برای ساخت مدل های تجربی است. هدف در طرح های رویه پاسخ، بهینه سازی پاسخ - متغیر خروجی - است که متأثر از چندین متغیر مستقل - متغیر های ورودی - می باشد. در هر آزمایش تغییرات در متغیرهای ورودی به منظور تعیین علل تغییرات در متغیر پاسخ ایجاد می شوند. در طرح های رویه پاسخ ساخت مدل های رویه پاسخ یک فرآیند تکراری می باشد.
به محض اینکه یک مدل تقریبی به دست آمد، توسط روش نیکویی برازش، مورد آزمون قرار می گیرد که آیا جواب رضایت بخش است یا خیر، اگر جواب تایید نشود تخمین فرآیند دوباره شروع می شود و آزمایشات بیشتری انجام می شود. در طراحی آزمایش ها، هدف، شناسایی و تحلیل متغیر های موثر بر خروجی ها با کمترین تعداد آزمایش است .[1]
به کار بردن جوشکاری زیر پودری در صنایع مختلف بسیار گسترده می باشد. بیشترین استفاده از جوشکاری زیر پودری در اتصالات با ضخامت بالا و ساخت لوله می باشد. ویژگی بارز جوش زیرپودری که باعث متمایز کردن این روش نسبت به بقیه روش ها می باشد، سرعت رسوب بالای فلز جوش است.[2] جوشکاری زیرپودری وابستگی زیادی به پارامترهای مختلف همچون آمپر، ولتاژ، سرعت جوشکاری و فاصله نازل تا قطعه کار و ... دارد.
در صورت انتخاب نامناسب یکی از این پارامترها باعث ایجاد عیوب در جوش و مسائل دیگری همچون مصرف زیاد پودر جوش و ... می شود. مشکل معمول در کارخانه هایی که از جوش زیرپودری استفاده میکنند، انتخاب مناسب پارامترهای مورد نیاز به منظور سوق به هندسه و کیفیت مناسب جوش، نفوذ مناسب جوش، عرض مناسب جوش، مصرف بهینه در پودر جوش و ...است .[3]
در هزینه های نهایی جوشکاری زیرپودری مصرف پودر جوشکاری یکی از عمده ترین هزینه های موجود می باشد. تحقیقات زیادی در مورد تاثیر پارامترهای مختلف جوشکاری زیر پودری بر مصرف فلاکس انجام شده است .[4] نتایج حاکی از این است که افزایش مقدار ولتاژ، کاهش فاصله نازل تا قطعه کار و سرعت جوشکاری باعث افزایش مقدار مصرف پودر می شود.
افزایش آمپر جوشکاری تاثیر اندکی در افزایش مصرف پودر دارد . [4] در سال های اخیر تحقیقات زیادی در مورد بهینه سازی برای پارامترهای جوش به منظور رسیدن به بهترین جوش همراه با کمترین مصرف پودر جوشکاری انجام شده است. همچنین سال های اخیر تحقیقی توسط آقای کریشانکانات و همکارانش، در مورد بهینه کردن مصرف پودر جوش و پارامترهای جوش زیر پودری به وسیله روش رویه پاسخ - RSM - انجام شده است.
نتایج پارامترهای بهینه بدست آمده تصدیق بر نتایج تجربی دارند، که با افزایش مقدار ولتاژ مصرف پودر جوش افزایش می یابد، البته با افزایش امپر افزایش ناچیزی در مصرف پودر جوش مشاهده شده است. سرعت جوشکاری با مصرف پودر جوش رابطه عکس دارند و همچنین مصرف پودر جوش کاهش اندکی با افزایش در فاصله نازل و قطعه کار دارد .[3]
با توجه اهمیت موضوع و اینکه تا کنون شبیه سازی مصرف فلاکس در فرایند جوش زیرپودری بصورت تاندم2 به عنوان رایجترین روش در تولید لولههای انتقال آب با استفاده از تکنیک RSM قبلا انجام نشده است. در این کار تحقیقاتی تأثیر پارامترهای الکتریکی اساسی - جریان و ولتاژ ورودی DC و جریان و ولتاژ ورودی - AC در روش جوش زیرپودری دوسیمه با استفاده از نرم افزار مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.
-2مطالب اصلی
یکی از روشهای متداول در ساخت لولههای قطور، روش اسپیرال3 است. در این روش، کویلهای فولادی پس از شکلدهی، به صورت مارپیچ جوشکاری میشوند - از داخل و خارج به صورت دو طرفه - . در شکل - 1 - تصویر شماتیک فرایند جوشکاری زیرپودری و جزییات چگونگی قرارگیری سیمجوشها نسبت به لوله و همچنین زوایای مربوطه در این فرایند قابل مشاهده است .[5]
در این روش، فرایند جوشکاری توسط دو سیم جوش به ترتیب با جریانهای DC و AC و به صورت متوالی با تشکیل یک حوضچه مذاب انجام میشود. نمونهها از ماشین لولهسازی ساخت شرکت PRD که قادر به تولید لولههای درز جوش مارپیج با قطرهای 16 تا 120 اینچ از ST37 تا X70 است، تهیه شد. آنالیز شیمیایی فلز پایه و مشخصات سیم و پودر مصرفی به ترتیب در جداول - 1 - و - 2 - آورده شده است.
زوایای الکترودها و فواصل آنها در همه آزمایشها یکسان در نظر گرفته شد. فضای آزمایش در شکل - 2 - آورده شده است. همانطور که اشاره شد، تحلیلهای آماری بر روی چهار متغیر اساسی جوش زیرپودری آورده شده در جدول - 3 - شامل آمپر و ولتاژ DC و AC انجام شد. برای اطمینان از صحت مدل انتخاب شده، عدم برازش و ضرایب به دست آمده از آنالیز واریانس - ANOVA - استفاده و نتایج در جدول - 4 - نشان داده شده است.
با توجه به تعاریف آماری، متغیرها با مقدار P-Value کمتر از 0/05، متغیرهای مؤثر3 بر پاسخ و متغیرهای با در محدوده 0/05 تا 0/1 متغیرهای تا حدودی مؤثر 4 هستند، لذا همانگونه که کاملاً مشخص است، ولتاژهای DC و AC بر پاسخ در نظر گرفته شده مؤثرند. همچنین مؤثر نبودن عدم برازش نشاندهنده برهم نهی مناسب مدل انتخاب شده است. کفایت مدل برازش شده به صورت خلاصه در جدول - 5 - قابل مشاهده است. همان طور که مشخص است مقادیر Pred R-Squared و Adj R-Squared توافق مناسبی با یکدیگر دارند.
همچنین مقدار بالای Adeq Precision نشان دهنده توانایی SFA: specification of filler analysis, AWS: American Welding Society متغیرهای انتخابی در این تحقیق شامل جریان مستقیم - 1 - DCو جریان متناوب - 2 - AC است. طراحی آزمایش با روش RSM و با استفاده از نرم افزار Design Expert انجام و نتایج مربوط به مصرف پودر، در جدول - 3 - نشان داده شده است.
