دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک 

گرایش : ساخت و تولید

عنوان : بررسی تنش های پسماند، در نمونه های 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 :

بررسی تنش های پسماند، در نمونه های تنش زدایی شده به روش حرارتی و آلتراسونیک

استاد راهنما:

دکتر محمد هنرپیشه

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

عنوان                                     صفحه

چکیده……………………………………….. 1

فصل اول: کلیات تحقیق

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

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

1-3- نحوه تشكیل تنش های پسماند……………………………………………………..5

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

1-3-2-  روش های بهبود استحكام خستگی……………………………………………..9

1-4-  روش های تنش زدایی و طبقه بندی آنها…………………………………..10

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

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

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

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

1-4-5-  روش ساچمه كاری………………………………………………………………………17

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

1-5-  روش های اندازه گیری تنش های پسماند……………………………………..19

1-5-1-  روش سوراخ مركزی………………………………………………………….24

1-5-2- روش پراش پرتو X……………………………………………………………….24

1-5-3- روش انحنا ولایه برداری……………………………………………………………….31         

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

1-5-5- روش تفرق نوترون…………………………………32

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

1-5-7- روش مغناطیسی……………………………………………………………………..33

1-5-8- روش ماورا صوتی…………………………………………………………………………33

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

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

2-2-  مطالعات انجام شده در زمینه تنش زدایی و تنش های پسماند…………………… 36

فصل سوم: روش تحقیق

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

  3-2-  آماده سازی نمونه ها جهت جوشكاری…………………………………………………. 42

3-3-  فرآیند جوشكاری نمونه ها به روش TIG………………………………………………………………43

3-4-  آماده سازی نمونه ها جهت تنش زدایی…………………………………………………………………..45

3-5-  عملیات تنش زدایی حرارتی بر روی نمونه A…………………………………………………………46

3-6-  عملیات تنش زدایی با ضربات آلتراسونیك……………………………………………………………………….  48

3-6-1-  مكانیزم رفتار دستگاه UIT بر روی جوش………………………………………………………………………………..  49

3-6-2-  معرفی دستگاه UP-500……………………………………………………………………………………………………….  52

3-6-3-  مشخصات دستگاه UP-500………………………………………………………………………………………………….  55

3-6-4-  عملیات تنش زدایی با ضربات آلتراسونیك برروی نمونه B………………………………………………………..  55

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

3-8- اندازه گیری تنش پسماند به روش سوراخ مركزی…………………………………………………………….  56

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

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

3-8-3-  ثبت داده ها توسط دستگاه HOLE DRILLING………………………………………………………………….  62

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

3-9-1-  آماده سازی نمونه ها جهت نصب در دستگاه XRD………………………………………………………………….  63

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……………………………………………  66

فصل چهارم : نتایج

4-1- مقدمه……………………….. 69

4-2-  نتایج به دست آمده از روش HOLE DRILLING………………………………………………………….  70

4-3- بررسی و تحلیل نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی……………………………………………. 71

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

4-5- بررسی و تحلیل نتایج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس……………………… 74

4-6-  اعتبار بخشی نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی با بهره گرفتن از روش استاندارد پراش اشعه ایکس…75

فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادات

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

5-2-  جمع بندی مطالب……………………………………………………………… 77

5-3- پیشنهادات…………………………………………………………………… 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن از ضربات آلتراسونیک نسبت به تنش زدایی به روش حرارتی نتایج مطلوب تر و تنش های باقیمانده در نمونه B نیز کمتر می باشد.

واژه های کلیدی : تنش­زدایی با ضربات آلتراسونیک، تنش­زدایی حرارتی، روش سوراخ مرکزی، استاندارد پراش اشعه ایکس.

 1-1) مقدمه

اغلب سازه ها در صنعت، از قطعـــات مختلفی كه توسط فرآیند هایی مثل ریخته گـری، آهنگــــری، نورد، ماشینكاری، جوشكاری و…. تولید شده اند، تشكیل شده اند كه با كمك فرآیند های گوناگونی به یكدیگر متصل می شوند. روش های مختلف اتصال را میتوان بر اساس فرآیند های عملی و علمی به گروه های زیر طبقه بندی كرد:

  • اتصال های مكـانیكــــی (پیچ، پرچ، میخ، پین و…)
  • اتصال های متالوژیكی (جوشكاری، لحیم كاری و…)
  • اتصـال های شیمیایــــی (چسب های آلی و معدنی)

هر یك از این اتصالات با توجه به وظایفی كه بر عهده دارند در یكی از دسته های زیر قرار می گیرند:

  • اتصالات موقت مانندپیچ و مهره، پین و…
  • اتصالات نیمه موقت مانند پرچ، لحیم كاری نرم و بعضی از چسب ها
  • اتصالات دائمی مانند فرآیند های جوشكاری، لحیم كاری سخت و اغلب چسب ها با واكنش های شیمیایی

فرآیند های جوشكاری به عنوان فرآیند هایی جهت ایجاد پیوستگی مولكولی بین دو یا چند قطعه فلزی كه حداقل یكی از آنها در اثر حرارت، ذوب موضعی شده یا به حالت خمیری در آمده باشد، برای هر دو منظورساخت قطعات اولیه و نیز اتصال آنها دارای كاربرد وسیعی در جوامع صنعتی است. صرفه اقتصادی این اتصالات در مقایسه با دیگر اتصالات به لحاظ طول عمر بیشتر و نیز اطمینان خاطری كه به دلیل استفاده از مواد مشابه با ماده اصلی ایجاد می كند، برخی از دلایل ارجحیت این فرآیند است]1 [.

از جمله فرایندهایی 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 شدنهای متوالی جوش و مناطق نزدیك آن و عدم امكان جابجایی در بعضی جهات، تنشهای پسماند داخلی در جوش و مناطق مجاور آن بوجود می آید.

تنش پسماند تنشی است كه بر اثر انجام عملیات خاص نظیر جوشکاری در جسم باقی می‌ماند و در حالی كه جسم تحت هیچ بارگذاری خارجی نیست نیز 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.

1-2) فصل بندی مطالب

با توجه به مطالب اشاره شده و موضوع پایان نامه تحت عنوان بررسی تنش های پسماند، در نمونه های جوشكاری 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.

 1-3) نحوه تشکیل تنش های پسماند

همانطور که گفته شد تنش پسماند تنشی است كه بر اثر انجام عملیات خاصی در جسم باقی می‌مانند و در حالی كه جسم تحت هیچ بارگذاری خارجی نیست نیز وجود دارد. طبیعت تنش پسماند به گونه ای است که در مقابل هر تنش كششی تنش فشاری نیز باید وجود داشته باشد، به گونه‌ای كه جسم در حالت تعادل باقی بماند كه به این حالت، حالت خود تعادلی می گویند.

علت اینكه شناسایی چنین تنشهایی برای ما مهم است این است كه وقتی جسم تحت تنش خارجی قرار می‌گیرد، این تنش خارجی به تنش پسماند موجود افزوده می‌شود. پس اگر در منطقه‌ای تنش پسماند كششی داشته باشیم و بارگذاری ما نیز تنش كششی باشد سطح تنش در آن منطقه بالاتر از آنچه كه تنها با لحاظ تنش كششی خارجی بدست می‌آید خواهد بود. لذا در صورتی كه تنش كششی پسماند داخلی را در نظر نگیریم و قطعه را تنها براساس تنش اعمالی خارجی طراحی می‌كنیم ممكن است در اثر تنش‌های پسماند خارجی تنش در قطعه از حد تسلیم آن بالاتر رفته و باعث شكست آن گردد.

یكی از فرایندهایی كه باعث ایجاد تنش پسماند در سازه‌ها می‌گردد جوشكاری است كه به علت گرم و سرد شدنهای متوالی جوش و مناطق نزدیك جوش و عدم امكان جابجایی در بعضی جهات، تنشهای پسماند داخلی در جوش و مناطق مجاور آن بوجود می آید.

مقدار انبساط و تغییر شكل جسم در مقابل گرما متناسب با درجه حرارت می‌باشد. اصولاً با افزایش درجه حرارت تا نقطه ذوب فلز شاهد انبساط در آنها خواهیم بود. حال هنگامی‌ كه در نقطه‌ای از جسم درجه حرارت به طور موضعی افزایش یابد دراطراف آن یك شیب حرارتی بوجود می‌آید كه می‌خواهد باعث تغییر شكل و انبساط نقطه‌ای كه دمای آن افزایش پیدا كرده است بشود، ولی از اطراف توسط فلزی كه این نقطه را احاطه كرده‌اند و میل به تغییر شكل ندارند با تغییر شكل این نقطه مقابله می‌شود، لذا مناطق نزدیك این نقطه تحت تنش فشاری قرار می‌گیرند و در صورتی كه تنش فشاری موجود از حد تسلیم بیشتر شود باعث تغییر شكل پلاستیك این منطقه می‌شود. در حین سرد شدن منطقه‌ای كه گرم شده بود شاهد انقباض موضعی خواهیم بود كه باعث ایجاد تنش كششی در مجـاورت این نقطه در حـــد تنش تسلیم فلز خواهد بود.]19[

1-3-1 ) تشریح تنش پسماند در جوش

اگر بخواهیم تشكیل تنش پسماند در جوش را توضیح بدهیم می توان مدل زیر را تشریح نمود :       

سه میله یک، دو و سه را در نظر بگیرید كه توسط صفحات صلب چهار و پنج از دو طرف محدود شده‌اند. با گرم‌ شدن میله دو اگر دمای آن به اندازه ∆T افزایش یابد این میله در حالت آزاد به اندازه αlΔT افزایش طول پیدا می کند ولی میله‌های یک و سه چون تغییر دمایی نداشته‌اند در مقابل تغییر طول مقاومت می‌كنند، لذا تنشی در آنها القا می‌شود كه كششی است و عكس‌العمل این تنش به میله دو وارد می‌شود كه تنش فشاری است لذا به این ترتیب با گرم‌ شدن میله دو در میله‌های یک وسه تنش كششی و در میله دو تنش فشاری خواهیم داشت.

در جوش نیز چنین حالتی را خواهیم داشت. البته در بحث راجع به تنشهای تسلیم جوش به این نكته نیز باید توجه داشته باشیم كه تنش تسلیم فولادها با افزایش درجه حرارت كاهش می‌یابد.

در نظر بگیرید كه یك اتصال جوشی بین دو ورق بزرگ بوجود آمده و در منطقه‌ای نواری شكل در فاصله مشخصی از مركز جوش مورد بررسی می‌باشد فرض می‌شود كه نوار مورد بررسی در جهت طولی خود كاملاً مهار شده و تغییر شكلی در این جهت ندارد. قبل از گرم كردن، نوار فاقد تنش می باشد. در حین گرم كردن، این نوار  متمایل به انبساط بوده و لیكن توسط محیط (فلز) اطراف خود كه درجه حرارت پایین‌تری دارد از انبساط آن ممانعت می شود و در نتیجه تحت تاثیر تنشهای فشاری قرار می‌گیرد. تغییر شكل در نوار در ابتدا الاستیك بوده و با افزایش درجه حرارت افزایش یافته و در درجه حرارت T1 تغییر شكل پلاستیكی شروع می‌شود. با افزایش درجه حرارت میزان تنش تسلیم جسم كاهش یافته و تغییر شكل پلاستیكی نوار افزایش می‌یابد. چنانچه T2 حداكثر درجه حرارتی باشد كه در نوار اعمال می‌شود، تغییر شكل پلاستیكی فشاری ادامه خواهد یافت. در هنگام سرد شدن، نوار مورد بررسی تمایل به انقباض داشته كه منجر به كاهش سطح تنشها در آن می‌شود. كاهش سطح تنشها در این حالت منجر به تغییر شكل الاستیكی(مشابه باربرداری در نمونه‌های تحت آزمایش كشش) شده كه با توجه به درجه حرارت نوار ادامه خواهد داشت. در درجه حرارت T3 سطح تنشها در نوار در سطح تنش تسلیم فلز در این درجه حرارت خواهد شد. با كاهش بیشتر درجه حرارت، تنش تسلیم (و در نتیجه سطح تنش‌ها در نوار) افزایش یافته و تغییر شكل پلاستیكی (كششی) در نوار بوجود می‌آید. نتیجتاً اینكه سیكل حرارتی فوق‌الذكر منجر به ایجاد تنشهای پسماندی در سطح تنش تسلیم فلز در نوار فوق‌الذكر خواهد شد. با بهره گرفتن از مدل فوق الذكر می‌توان سطح تنش پسماند جوشی 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.

پشتیبانی سایت :        *       serderehi@gmail.com

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.

 

دسته‌ها: رشته مکانیک