بررسی تأثیر تنش های پسماند ناشی از فرآیند جوشکاری در خمکاری سرد لوله های قطور
چکیده
در سال های اخیر با افزایش تقاضای انتقال انرژی، تکنولوژی طراحی و ساخت لوله های فولادی درزدار توسعه ی چشمگیری یافته است. لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال دو روش عمده در تولید لوله های درزدار محسوب می شوند که در تولید آنها معمولاً از روش جوشکاری زیرپودری به خاطر سرعت و بازدهی بالااستفاده می شود. در صنعت به منظور کنترل کیفیت جوش، با استفاده از فشار آب در فرآیند هایدروتست تنش های پسماند ناشی از جوش را کاهش می دهند. کاهش تنش ها در فرآیند هایدروتست می تواند باعث افزایش عمر لوله شده و احتمال بروز عیوبی همچون خوردگی تنشی و خستگی را کاهش دهد. حین عملیات احداث خطوط لوله، توپوگرافی مسیر ایجاب می نماید که درصدی از لوله ها نیاز به خمکاری داشته باشند. این خمکاری عمدتاً در محل نصب خطوط لوله و توسط ماشین آلات مخصوصی تحت عنوان ماشین خمکاری و به روش سرد و بر مبنای روش خمکاری سه غلتکی انجام می شود. هدف اصلی در تحقیقِ حاضر تعیین تأثیرات تنش های پسماند ناشی از جوشکاری بر روی فرآیند خمکاری سرد لوله های قطور است. از این رو بدست آوردن تخمینی مناسب از میدان تنش های پسماند ناشی از جوشکاری در کل لوله ضروری می باشد. بدین منظور در گام نخست فرآیند جوشکاری قوسی زیرپودری لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال x70 به کمک نرم افزار اَنسیس در مقیاس سه بعدی شبیه سازی شده است. در مدل جوشکاری از آنالیز غیر مستقیم استفاده شده و خواص ترموفیزیکی و مکانیکی فولاد به صورت متغیر با دما تعریف شده است. در این تحلیل، مدل منبع حرارتی بر اساس توزیع دوبیضوی چگالی توان گُلداک ارائه شده است. پس از تحلیل حرارتی و دستیابی به تاریخچه ی دمایی، مدل مکانیکی بررسی و سپس توزیع تنش های پسماند ناشی از جوشکاری به دست آمده است. نتایج حاصله نشان داد که تنش های پسماند طولی در نزدیک خط جوش کششی هستند. پس از شبیه سازی جوشکاری، تأثیر فرآیند هایدروتست به منظور کاهش تنش های پسماند جوشکاری ارزیابی شده است. همچنین به منظور اعتبارسنجی شبیه سازی های انجام شده، توزیع تنش های پسماند قبل و بعد از فرآیند هایدروتست در لوله های اسپیرال توسط روش کرنش سنجی سوراخ و بر اساس استاندارد astm-e837 بدست آمده است. تطابق بسیار خوبی بین تنش های پسماند بدست آمده از نتایج آزمایشگاهی و روش المان محدود وجود دارد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که بارگذاری هایدروتست در لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال توانسته است تا 70% تنش های پسماند ناشی از فرآیند جوشکاری را کاهش دهد. در مرحله دوم تنش ها و کرنش های پسماند از طول محدود به کل لوله ی درزجوش مستقیم و اسپیرال توسعه یافته و تأثیر تنش های پسماند ناشی از جوشکاری (بعد از انجام هایدروتست) در خمکاری لوله های اسپیرال و درزجوش مستقیم و عیوب هندسی حاصله از جمله دوپهنی لوله بررسی شده است. نتایج نشان می دهد عیوب هندسی همچون دوپهنی در خمکاری لوله های اسپیرال نسبت به لوله های درزجوش مستقیم، به میزان بسیار ناچیزی افزایش یافته است