پایان نامه کارشناسی ارشد بررسي تنش هاي پسماند در نمونه هاي تنش زدایی شده به روش حرارتی و آلتراسونیک

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع ارشد مهندسی مکانیک

گرایش : ساخت و تولید

عنوان : بررسي تنش هاي پسماند در نمونه هاي تنش زدایی شده به روش حرارتی و آلتراسونیک

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد جاسب

دانشکده مکانیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک

گرایش ساخت و تولید

عنوان :

بررسي تنش هاي پسماند، در نمونه هاي تنش زدایی شده به روش حرارتی و آلتراسونیک

استاد راهنما:

دکتر محمد هنرپيشه

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

چکیده…………………………………………………………………………………………………… 1

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………..3

1-2-  فصل بندی مطالب……………………………………………………………………………4

1-3- نحوه تشكيل تنش هاي پسماند…………………………………………………………..5

1-3-1-  تشريح تنش پسماند در جوش……………………………………………………….6

1-3-2-  روش هاي بهبود استحكام خستگي……………………………………………….9

1-4-  روش هاي تنش زدايي و طبقه بندي آنها……………………………………………10

1-4-1-  تنش زدایی طبیعی…………………………………………………………………….12

1-4-2-  تنش زدایی حرارتی……………………………………………………………………12

1-4-3-  تنش زدایی ارتعاشي…………………………………………………………………..16

1-4-4-  روش اضافه باري………………………………………………………………….17

1-4-5-  روش ساچمه كاري…………………………………………………………………..17

1-4-6-  تنش زدایی جوش با ضربات آلتراسونيك (UIT)……………………………….18

1-5-  روش هاي اندازه گيري تنش هاي پسماند…………………………………….19

1-5-1-  روش سوراخ مركزي………………………………………………………………24

1-5-2- روش پراش پرتو X…………………………………………………………………….

1-5-3- روش انحنا ولايه برداري…………………………………………………………31         

1-5-4-  روش تفرق الكترون…………………………………………………………….31

1-5-5- روش تفرق نوترون………………………………………………………………..32

1-5-6-  روش رهاسازي ترك………………………………………………………….32

1-5-7- روش مغناطيسي…………………………………………………………………33

1-5-8- روش ماورا صوتي…………………………………………………………………..33

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………36

2-2-  مطالعات انجام شده در زمينه تنش زدايي و تنش هاي پسماند………… 36

فصل سوم: روش تحقیق

3-1-مقدمه …………………………………………………………………………………….42

3-2-  آماده سازي نمونه ها جهت جوشكاري…………………………………………. 42

3-3-  فرآيند جوشكاري نمونه ها به روش TIG…………………………………………..

3-4-  آماده سازي نمونه ها جهت تنش زدايي………………………………………..45

3-5-  عمليات تنش زدايي حرارتي بر روي نمونه A…………………………………

3-6-  عمليات تنش زدايي با ضربات آلتراسونيك………………………………..  48

3-6-1-  مكانيزم رفتار دستگاه UIT بر روي جوش………………………………..  49

3-6-2-  معرفي دستگاه UP-500…………………………………………………….. 

3-6-3-  مشخصات دستگاه UP-500……………………………………………….. 

3-6-4-  عمليات تنش زدايي با ضربات آلتراسونيك برروي نمونه B………….. 

3-7- نمونه بدون تنش زدايي (نمونه C)…………………………………………  56

3-8- اندازه گيري تنش پسماند به روش سوراخ مركزي…………………….  56

3-8-1-  مشخصات STRAIN GAUGE مورد استفاده…………………………..  57

3-8-2-  مراحل نصب STRAIN GAUGE برروي نمونه و ارتباط آن با دستگاه…..  58

3-8-3-  ثبت داده ها توسط دستگاه HOLE DRILLING……………………………. 

3-9- اندازه گيري تنش پسماند به روش استاندارد پراش اشعه ایکس……………  63

3-9-1-  آماده سازی نمونه ها جهت نصب در دستگاه XRD…………………………. 

3-9-2-  معرفی دستگاه اندازه گیری تنش پسماند به روش استاندارد پراش اشعه ایکس…….64

3-9-3-  ثبت داده ها توسط دستگاه XRD…………………………………………….. 

فصل چهارم : نتایج

4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………… 69

4-2-  نتايج به دست آمده از روش HOLE DRILLING………………………………. 

4-3- بررسي و تحليل نتايج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی……………… 71

4-4-  نتايج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس………………. 72

4-5- بررسي و تحليل نتايج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس….. 74

4-6-  اعتبار بخشی نتايج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی با استفاده از روش استاندارد پرا.ش اشعه ایکس…….75

فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادات

5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………. 77

5-2-  جمع بندي مطالب…………………………………………………… 77

5-3- پيشنهادات…………………………………………………………………….. 79

چکیده:

یکی از مباحث مهم در زمینه جوشکاری در سازه های مهندسی بحث کاهش تنشهای پسماند در خطوط جوش و بهبود کیفی جوش است. تنشهای پسماند باعث کاهش حد تحمل بار، عمر اتصالات جوشی و تغییر فرم هایی در سازه های جوشکاری شده  می گردند. هدف از این تحقیق بررسی تنشهای پسماند، در نمونه های تنش زدایی شده به دو روش حرارتی و آلتراسونیک می­باشد. دراین تحقیق ابتدا دو ورق از جنس کربن استیل پس از آماده سازی و جوشکاری به سه قسمت مساوی تقسیم شده است. نمونه A به روش حرارتی و نمونه B  با استفاده از ضربات آلتراسونیک تنش زدایی گردید. در مرحله  بعد و پس از تنش زدایی دو نمونه A و B از روش سوراخ مرکزی جهت تعیین تنش پسماند هر یک از نمونه ها استفاده شد. نمونه C نیز نمونه دیگری است که برروی آن هیچ گونه عملیات تنش زدایی صورت نگرفته و مقدار تنش پسماند آن نیز با روش مذکور تعیین می گردد. پس از آن و در جهت اعتبار بخشی نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی، نمونه ها به روش پراش پرتو ایکس مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تنش زدایی با استفاده از ضربات آلتراسونیک نسبت به تنش زدایی به روش حرارتی نتایج مطلوب تر و تنش های باقیمانده در نمونه B نیز کمتر می باشد.

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه

اغلب سازه ها در صنعت، از قطعـــات مختلفي كه توسط فرآيند هايي مثل ريخته گـري، آهنگــــري، نورد، ماشينكاري، جوشكاري و…. توليد شده اند، تشكيل شده اند كه با كمك فرآيند هاي گوناگوني به يكديگر متصل مي شوند. روش هاي مختلف اتصال را ميتوان بر اساس فرآيند هاي عملي و علمي به گروه هاي زير طبقه بندي كرد:

– اتصال هاي مكـانيكــــي (پيچ، پرچ، ميخ، پين و…)

– اتصال هاي متالوژيكي (جوشكاري، لحيم كاري و…)

– اتصـال هاي شيميايــــي (چسب هاي آلي و معدني)

هر يك از اين اتصالات با توجه به وظايفي كه بر عهده دارند در يكي از دسته هاي زير قرار مي گيرند:

– اتصالات موقت مانندپيچ و مهره، پين و…

– اتصالات نيمه موقت مانند پرچ، لحيم كاري نرم و بعضي از چسب ها

– اتصالات دائمي مانند فرآيند هاي جوشكاري، لحيم كاري سخت و اغلب چسب ها با واكنش هاي شيميايي

فرآيند هاي جوشكاري به عنوان فرآيند هايي جهت ايجاد پيوستگي مولكولي بين دو يا چند قطعه فلزي كه حداقل يكي از آنها در اثر حرارت، ذوب موضعي شده يا به حالت خميري در آمده باشد، براي هر دو منظورساخت قطعات اوليه و نيز اتصال آنها داراي كاربرد وسيعي در جوامع صنعتي است. صرفه اقتصادي اين اتصالات در مقايسه با ديگر اتصالات به لحاظ طول عمر بيشتر و نيز اطمينان خاطري كه به دليل استفاده از مواد مشابه با ماده اصلي ايجاد مي كند، برخي از دلايل ارجحيت اين فرآيند است]1 [.

از جمله فرايندهايي كه پس از انجام جوشکاری و به عبارتی در قطعات جوشکاری شده مد نظر قرار می گیرد تنش های پسماند می باشد كه به علت گرم و سرد شدنهاي متوالي جوش و مناطق نزديك آن و عدم امكان جابجايي در بعضي جهات، تنشهاي پسماند داخلي در جوش و مناطق مجاور آن بوجود مي آيد.

تنش پسماند تنشي است كه بر اثر انجام عمليات خاص نظیر جوشکاری در جسم باقي مي‌ماند و در حالي كه جسم تحت هيچ بارگذاري خارجي نيست نيز وجود دارد]19[

تنش زدایی یا تنش گیری که در اصطلاح به آن PWHT یا عملیات پسگرم نیز می‌گویند فرآیندی است، جهت از بین بردن تنش های موجود که در عملیات و فرآیند تولید به وجود آمده است. روشهای مختلفی برای از بین بردن تنش های پسماند در نمونه های جوشکاری شده وجود دارد که از جمله آنها می توان به روش حرارتی و روش آلتراسونیک اشاره نمود.]16[

تکنیکهای متفاوتـی برای اندازه گیـری تنش پسماند وجود دارد که برای اندازه گیـری در هر روش به وسایل خاصی نیاز می باشد.

2-1- فصل بندی مطالب

با توجه به مطالب اشاره شده و موضوع پایان نامه تحت عنوان بررسي تنش هاي پسماند، در نمونه هاي جوشكاري شده به روش حرارتی و آلتراسونیک مطالب به چند فصل تقسیم بندی خواهند شد که در ادامه به توضیح هر یک از آنها خواهیم پرداخت.

در این فصل ابتدا به معرفی انواع روش های تنش زدایی اشاره خواهیم کرد. پس از آن انواع روش های اندازه گیری تنش های پسماند را توضیح خواهیم داد.

فصل دوم مربوط به پیشینه پژوهشی  و مروری بر تحقیقات انجام شده خواهد بود، بداین ترتیب که  ابتدا به مطالعات انجام شده در زمینه تنش زدایی جوش اشاره خواهد نمود. مطالعات صورت گرفته در این بخش شامل دو قسمت عمده یعنی تنش زدایی جوش با ضربات آلتراسونیک و تنش زدایی حرارتی می باشد که در فصل مربوطه به تشریح آن خواهیم پرداخت. در ادامه فصل دوم نیز به مطالعات صورت گرفته در زمینه اندازه گیری تنش های پسماند به روش سوراخ مرکزی وروش استاندارد پراش اشعه ایکس اشاره خواهد شد.

فصل سوم مربوط به روش تحقیق شامل روش مورد استفاده جهت جوشکاری نمونه های مورد نظر و پارمترهای در نظر گرفته شده در حین فرآیند جوشکاری، معرفی دستگاه تنش زدایی در دو روش حرارتی و آلتراسونیک، نحوه آماده سازی نمونه ها جهت انجام تنش زدایی به روش حرارتی و آلتراسونیک، شرایط نمونـه و آماده سازی آن جهت اندازه گیـری تنش پسماند به روش سوراخ مرکزی و روش استاندارد پراش اشعه ایکس می باشد.

فصل چهارم  به بررسی نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی، روش استاندارد پراش اشعه ایکس و همچنین  مقدار تنش های پسماند موجود در هریک از نمونه ها خواهیم پرداخت.

فصل پنجم نیز به جمع بندی مطالب و پیشنهادات ارائه شده در زمینه تنش زدایی جوش و تنش های پسماند خواهد پرداخت.

3-1- نحوه تشکیل تنش های پسماند

همانطور که گفته شد تنش پسماند تنشي است كه بر اثر انجام عمليات خاصي در جسم باقي مي‌مانند و در حالي كه جسم تحت هيچ بارگذاري خارجي نيست نيز وجود دارد. طبيعت تنش پسماند به گونه اي است که در مقابل هر تنش كششي تنش فشاري نيز بايد وجود داشته باشد، به گونه‌اي كه جسم در حالت تعادل باقي بماند كه به اين حالت، حالت خود تعادلي مي گويند.

علت اينكه شناسايي چنين تنشهايي براي ما مهم است اين است كه وقتي جسم تحت تنش خارجي قرار مي‌گيرد، اين تنش خارجي به تنش پسماند موجود افزوده مي‌شود. پس اگر در منطقه‌اي تنش پسماند كششي داشته باشيم و بارگذاري ما نيز تنش كششي باشد سطح تنش در آن منطقه بالاتر از آنچه كه تنها با لحاظ تنش كششي خارجي بدست مي‌آيد خواهد بود. لذا در صورتي كه تنش كششي پسماند داخلي را در نظر نگيريم و قطعه را تنها براساس تنش اعمالي خارجي طراحي مي‌كنيم ممكن است در اثر تنش‌هاي پسماند خارجي تنش در قطعه از حد تسليم آن بالاتر رفته و باعث شكست آن گردد.

يكي از فرايندهايي كه باعث ايجاد تنش پسماند در سازه‌ها مي‌گردد جوشكاري است كه به علت گرم و سرد شدنهاي متوالي جوش و مناطق نزديك جوش و عدم امكان جابجايي در بعضي جهات، تنشهاي پسماند داخلي در جوش و مناطق مجاور آن بوجود مي آيد.

مقدار انبساط و تغيير شكل جسم در مقابل گرما متناسب با درجه حرارت مي‌باشد. اصولاً با افزايش درجه حرارت تا نقطه ذوب فلز شاهد انبساط در آنها خواهيم بود. حال هنگامي‌ كه در نقطه‌اي از جسم درجه حرارت به طور موضعي افزايش يابد دراطراف آن يك شيب حرارتي بوجود مي‌آيد كه مي‌خواهد باعث تغيير شكل و انبساط نقطه‌اي كه دماي آن افزايش پيدا كرده است بشود، ولي از اطراف توسط فلزي كه اين نقطه را احاطه كرده‌اند و ميل به تغيير شكل ندارند با تغيير شكل اين نقطه مقابله مي‌شود، لذا مناطق نزديك اين نقطه تحت تنش فشاري قرار مي‌گيرند و در صورتي كه تنش فشاري موجود از حد تسليم بيشتر شود باعث تغيير شكل پلاستيك اين منطقه مي‌شود. در حين سرد شدن منطقه‌اي كه گرم شده بود شاهد انقباض موضعي خواهيم بود كه باعث ايجاد تنش كششي در مجـاورت اين نقطه در حـــد تنش تسليم فلز خواهد بود.

1-3-1- تشريح تنش پسماند در جوش

اگر بخواهيم تشكيل تنش پسماند در جوش را توضيح بدهيم می توان مدل زير را تشریح نمود :       

سه ميله یک، دو و سه را در نظر بگيريد كه توسط صفحات صلب چهار و پنج از دو طرف محدود شده‌اند. با گرم‌ شدن ميله دو اگر دماي آن به اندازه ∆T افزايش يابد اين ميله در حالت آزاد به اندازه αlΔT افزايش طول پيدا مي کند ولي ميله‌هاي یک و سه چون تغيير دمايي نداشته‌اند در مقابل تغيير طول مقاومت مي‌كنند، لذا تنشي در آنها القا مي‌شود كه كششي است و عكس‌العمل اين تنش به ميله دو وارد مي‌شود كه تنش فشاري است لذا به اين ترتيب با گرم‌ شدن ميله دو در ميله‌هاي یک وسه تنش كششي و در ميله دو تنش فشاري خواهيم داشت.

در جوش نيز چنين حالتي را خواهيم داشت. البته در بحث راجع به تنشهاي تسليم جوش به اين نكته نيز بايد توجه داشته باشيم كه تنش تسليم فولادها با افزايش درجه حرارت كاهش مي‌يابد.

در نظر بگيريد كه يك اتصال جوشي بين دو ورق بزرگ بوجود آمده و در منطقه‌اي نواري شكل در فاصله مشخصي از مركز جوش مورد بررسي مي‌باشد فرض مي‌شود كه نوار مورد بررسي در جهت طولي خود كاملاً مهار شده و تغيير شكلي در اين جهت ندارد. قبل از گرم كردن، نوار فاقد تنش می باشد. در حين گرم كردن، اين نوار  متمايل به انبساط بوده و ليكن توسط محيط (فلز) اطراف خود كه درجه حرارت پايين‌تري دارد از انبساط آن ممانعت مي شود و در نتيجه تحت تاثير تنشهاي فشاري قرار مي‌گيرد. تغيير شكل در نوار در ابتدا الاستيك بوده و با افزايش درجه حرارت افزايش يافته و در درجه حرارت T1 تغيير شكل پلاستيكي شروع مي‌شود. با افزايش درجه حرارت ميزان تنش تسليم جسم كاهش يافته و تغيير شكل پلاستيكي نوار افزايش مي‌يابد. چنانچه T2 حداكثر درجه حرارتي باشد كه در نوار اعمال مي‌شود، تغيير شكل پلاستيكي فشاري ادامه خواهد يافت. در هنگام سرد شدن، نوار مورد بررسي تمايل به انقباض داشته كه منجر به كاهش سطح تنشها در آن مي‌شود. كاهش سطح تنشها در اين حالت منجر به تغيير شكل الاستيكي(مشابه باربرداري در نمونه‌هاي تحت آزمايش كشش) شده كه با توجه به درجه حرارت نوار ادامه خواهد داشت. در درجه حرارت T3 سطح تنشها در نوار در سطح تنش تسليم فلز در اين درجه حرارت خواهد شد. با كاهش بيشتر درجه حرارت، تنش تسليم (و در نتيجه سطح تنش‌ها در نوار) افزايش يافته و تغيير شكل پلاستيكي (كششي) در نوار بوجود مي‌آيد. نتيجتاً اينكه سيكل حرارتي فوق‌الذكر منجر به ايجاد تنشهاي پسماندي در سطح تنش تسليم فلز در نوار فوق‌الذكر خواهد شد. با استفاده از مدل فوق الذكر مي‌توان سطح تنش پسماند جوشي را در نقاط مختلف اطراف منطقه جوش بدست آورد.

تعداد صفحه : 99

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       info@elmyar.net

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 
 

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید