تحلیل اثر تنش های پسماند ناشی از جوشکاری بر رفتار خزشی جوش ها
چکیده
امروزه، اتصالات جوش در خطوط لوله تحت شرایط دمای بالا و بارهای مکانیکی، کاربرد گسترده ای در نیروگاهها، پالایشگاهها و پتروشیمی دارند. با این وجود این اتصالات یکی از نقاط ضعف طراحی مکانیکی این لوله ها، به حساب می آیند که به دلیل ضعف تکنولوژی جوشکاری، ناهماهنگی خصوصیات مکانیکی در اتصال جوش و وجود تنش های پسماند ناشی از جوشکاری می باشد. از طرفی در این اتصالات، بدلیل وجود لایه های متفاوت و نیز از آنجائی که در دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرند، رفتار مکانیکی، پیچیده بوده و مطالعه رفتار خزشی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در این تحقیق، با بررسی آلیاژهای متفاوت، آلیاژ فولاد ضدزنگ cd 304l که قابلیت جوشکاری و مقاومت خزشی بالائی دارد، انتخاب شده است. آلیاژ فولاد ضدزنگ cd 304l و اتصال جوشی آن به دلیل ویژگیهائی که دارند، کاربرد گسترده ای در تولید نیرو و صنایع پتروشیمی دارند. برای بررسی تاثیر تنش پسماند بر روی رفتار خزشی اتصال جوش این آلیاژ، ابتدا رفتار خزشی و ضرایب معادله های اساسی لایه های مختلف جوش برای فولاد ضدزنگcd 304l بصورت تجربی تعیین شده است. به این منظور نمونه های تست خزش از ماده اصلی، ماده جوش و منطقه تحت تاثیر گرمای ناشی از جوش(haz)، بر اساس استاندارد astm a276-05a تهیه شده و رفتار خزشی این مواد توسط دستگاه خزش تک محوره تست شده است. همچنین بدلیل وجود پراکندگی در داده های تجربی از روشهای عددی بهینه سازی برای تعیین ضرایب معادله های اساسی هر یک از لایه ها، استفاده شده است. سپس با بررسی عددی و محاسبه تنش های پسماند ناشی از جوشکاری، در اتصال جوش لب به لب لوله حاوی بخار داغ، رفتار خزشی محل اتصال جوش مورد نظر و عمر آن، در حضور تنش های پسماند و نیز بدون این تنش ها مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که مقادیر تنش های پسماند موجود در محل اتصال قابل ملاحظه بوده و چشم پوشی از آن در تحلیل های خزشی منجر به خطای فاحشی خواهد شد. علاوه بر آن، در سطح دما کاری صنایع تولید نیرو و نیز نفت، گاز و پتروشیمی تنش های پسماند در محل اتصال جوش حتی با مرور زمان کاهش قابل ملاحظه ای نیافته و در اثر حضور این تنش ها نه تنها عمر خزشی اتصال جوش به حد پائین حدود چهار سال کاهش می یابد بلکه محل ایجاد و رشد ترک ها نیز تغییر می یابد.