شماره تلفن : 09307584802

خانه ژورنال دانشجویان ایران

Iranian Students Article House

تاثیر چرخه های حرارتی پس از جوشکاری (PWHT) بر رشد خستگی شکاف و استحکام ظروف فشار فولادی که حرارت دیده و سرد شده

Effect of PWHT cycles on fatigue crack growth and toughness of quenched and tempered pressure vessel steels

DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.09.002

January 2005

 

Abstract

Transportable pressure vessels, commonly manufactured from quenched and tempered (QT) steels, require mandatory postweld heat treatment (PWHT) regardless of plate thickness. During their life, transportable pressure vessels may have up to 4 PWHT cycles at temperatures between 540 and 590 °C, and concerns have emerged about possible effects on the mechanical properties of the base (parent) plate. This paper reports work on the resistance to fatigue crack growth, impact toughness and CTOD fracture toughness of two types of QT steels. The parent metal region was examined for both steels, and then exposed to temperatures and times in the PWHT range. Although there was a marginal decrease in the resistance to fatigue crack growth for up to four postweld heat treatment cycles, there was a significant decrease in impact toughness and CTOD fracture toughness

Keywords: Postweld heat treatment, Quenched and tempered steel, CTOD, Impact toughness, Void coalescence, Fatigue crack growth, Transportable pressure vessels

 

 

تاثیر چرخه های حرارتی پس از جوشکاری (PWHT) بر رشد خستگی شکاف و استحکام ظروف فشار فولادی که حرارت دیده و سرد شده

 

چکیده
ظروف فشار قابل انتقال که معمولا از فولاد حرارت دیده و سرد شده (QT) ساخته شده اند، باید بدون توجه به ضخامت ظرف، بعد از جوشکاری حرارت ببینند (PWHT). ظروف فشار قابل انتقال شاید در طول عمرشان تا ۴ چرخه (PWHT) را با دمای بین ۵۴۰ تا ۵۹۰ درجه تجربه می کنند و نگرانی هایی در مورد تاثیرات این عمل بر روی ویژگی های مکانیکی ظروف پایه (مادر) بوجود آمده است.
این مقاله تحقیقی را در مورد مقاومت در برابر رشد خستگی شکاف، تاثیر استحکام و استحکام ترک خوردگی CTOD در دو نوع فولاد حرارت دیده و سرد انجام می دهد. قسمت فلز مادر برای هر دو فولاد بررسی شده است و سپس در معرض حرارت و چرخه (PWHT) قرار گرفته شده است. اگرچه مقاومت به رشد خستگی شکاف با چهار چرخه حرارت پس از جوشکاری کاهش یافت ولی کاهش قابل توجهی در تاثیر استحکام و استحکام ترک خوردگی CTOD وجود داشت.
کلیدواژه: عملیات حرارتی پس از جوشکاری، فولاد حرارت دیده و سرد شده، CTOD، اثر سختی، فسخ انعقاد، رشد خستگی شکاف، فشار قابل انتقال

مقدمه
روش حرارت پس از جوشکاری (PWHT) یک مرحله ضروری و پرهزینه در ساخت یا جوشکاری ظروف فشار قابل انتقال ساخته شده از فولاد حرارت دیده و سرد شده (QI) است (PWHT) یک فرآیند آزاد سازی فشار است که فشارهای اضافی در فولاد (QI) یا گرمایی بین ۵۴۰ تا ۵۹۰ درجه سانتیگراد کاهش می یابند و این گرما بسته به ضخامت ظرف متفاوت است. در مورد اینکه آزاد سازی فشار می تواند منجر به تاثیرات معکوسی بر روی استحکام و ویژگی های خستگی صفحه اصلی شود، تحقیقات کمی وجود دارد مخصوصا وقتی چرخه های تکراری و چند گانه (PWHT) به کار برده شود برخی از تحقیقات قبلی {۹،۸} نشان می دهند که اگرچه (PWHT) به طور زیان آوری بر استحکام {۸} تاثیر می گذارد ولی تاثیر کمی بر رشد خستگی شکاف دارد. همه موارد گزارش شده (تقریبا ۱۰ مورد) از برخوردها شامل ظروف فشار قابل انتقال دراسترالیا نشان می دهند که شکست ناگهانی (شکستی که از طر یق ضخامت ظرف نفوذ می کند و باعث نشست می شود.) فقط در ظرف مادر {۱} اتفاق می افتد یک برخورد گزارش شده که در اکتبر ۱۹۹۵ اتفاق افتاد شامل یک تانکر ساخته شده از فولاد ATSM A517 بود. ضخامت بدنه تانکر ۱۰ میلی متر و ضخامت سرآن ۶ میلی متر بود. این تانکر که به مدت ۳۰ دقیقه با دمای ۵۷۰ درجه تحت تاثیر مرحله (PWHT) بوده است با ۹۰۰ میلی متر به یک شکل نسبتا مقعر تغییر شکل داده می شود (شکل ۱ (a)) و سطح آن تا ۱۵۰ درجه خم می شود و سه چین در یک نقطه داده می شود که محل آن در جایی است که دیواره نوک تانکر دچار نشستی شده است.
(شکل ۱ (b)) محل شکاف بیش از ۱۰۰ میلی متر بود {۱۰} این بررسی با گزارشی همراه بود که شامل تاثیر ویژگی های گرم کردن با ذرات ریز در جوشکاری سطح فلزات بود که این جوشکاری برای سطح- پایه حتی با دفعات زیاد گرما بهتر است.
(PWHT) برای ظرفهای فشار قابل انتقال در همه سطوح به کار برده می شود در حالیکه ظرفهای فشار غیر قابلت انتقال فقط به (PWHT) برای سطوح با فولاد حرارت دیده و سرد شده که ضخامت آنها بیشتر از ۱۵ میلی متر است نیاز دارند {۱۱} این نیاز و نیزاین حقیقت که استاندارد های استرالیا نمی تواند از نظر کمی تاثیر دماهای بالا و دفعات نگه داری زیاد مواد را مشخص کند منجر به شروع این پیوند شده است.

BIS80pv (11 میلی متر) یک ظرف فشار فولادی QT با هدف به دست آوردن اطلاعات برای نشان دادن تاثیر چرخه های (PWHT) بر استحکام و رشد خستگی شکاف انتخاب شده بودند BIS80 (12 میلی متری) نیز مورد و بررسی قرار گرفت زیرا در مقایسه با BIS80pv استحکام بیشتری داشت و ماده خوبی برای ظرف فشار بود.
در ترک خوردگی فلز مادر (PM) جهت مواج و ساختار ریز باند اهمیت دارد و بنابراین نمونه های CTOD با طول نمونه متقاطع با جهت موج و شکاف در جهت موج جهت یابی می شوند برای ارزیابی تاثیر چرخه هایت چند گانه (PWHT) بر روی حالت ترک خوردگی از یک میکروسکوپ الکترونیکی جستجوگر SEM استفاده شد.

۲- روشهای آزمایشگاهی
۲-۱ انتخاب مواد
فولاد حرارت دیده و سرد شده توسط گروه تحقیقاتی استرالیا برای پروژه ای به نام بهینه سازی (PWHT) در ظروف فشار فولادی قابل انتقال انتخاب شد زیرا این فولاد در ظروف فشار قابل انتقال صنعتی در استرالیا کار برد وسیعی داشت. شرکت فولاد سازی استرالیا ورقه های فولاد QT را در ضخامت معمولی تولید می کند که برای ظروف فشار قابل انتقال به کار برده می شود (۱۱ و ۱۲ میلی متر) ورقه های ۱۱ میلی متری به عنوان BIS80pv (ورقه های ظرف فشار) بر حسب AS3597-1913 طبقه بندی می شوند {۱۲} ورقه های BIS80pv 12 میلی متری ساختار QI دارند و برای ظروف فشار مناسبند. ترکیبات اندازه گیری شده این ورقه ها در جدول ۱ نشان داده شده است.

۲-۲ رفتار حرارتی
روی همه نمونه ها در قسمت کوره پس از جوشکاری رفتار حرارتی انجام شد. این رفتار حرارتی با ساخت تجهیزات فشار AS4458-19uv تطابق دارد و در یک اتمسفر آرگونی صورت گرفته است. اتمسفر رفتار حرارتی بود (که بوسیله دو ترموکوپل چسبیده c هر ورق تایید شده) و مدت زمان آن ۳۰ دقیقه بود. نمونه ها تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد در ساعت گرم شدند و سپس درهوای آرام سرد شدهند تا ۴ مرحله (PWHT) به کار برده شد زیرا این حداکثر تعداد چرخه ها برای ظروف فشار قابل انتقال بود و معمولا انتظار می رود که طول عمرشان تغییر کند.

۲-۳ آزمایش خستگی فلز- میزان رشد شکاف
اطلاعات مربوط به گسترش خستگی شکاف بروی نمونه های استاندارد CTOD که در معرض چرخه های مختلف (PWHT) بودند جمع آوری شد. این نمونه ها به خستگی قبل از ایجاد شکاف در دمای اتاق نیاز داشتند تا آزمایش CTOD جایگزین انجام شود. خستگی قبل از ایجاد شکاف با فرکانس ۳۰ هرتز و به نسبت R (حداقل بار خستگی به نسبت حداکثر بار خستگی) با اره انجام شد. جدول شماره ۲ از نظر کمی بارهای به کاررفته در خستگی قبل از ایجاد شکاف را تعیین می کند. طول خستگی شکاف a با استفاده از روش مورد قبول که در مورد ASTM E1820 توضیح داده می شود تخمین زده شد.

این روش شامل یک سری بار یا تخلیه بار است و نیز شامل معیارهای جایگزین مقیاس گیره است و طول شکاف را بعد از هر ۱۰۰۰ چرخه تعیین می کنند. میزان رشد شکاف da/dn بعد از هر ۱۰۰۰ چرخه محاسبه می شود تا طول خستگی شکاف مورد نظر برای آزمایش ctod به دست آید دامنه عامل شدت فشار dk از بارهای جدول ۲ به دست آمد تا طرح da/dn در مقابل DK بدست می آید.

 

دانلود مقاله انگلیسی و ترجمه رایگان فارسی

 

من سامان نصیری نویسنده این مقاله هستم.

تاریخ انتشار: 2 سپتامبر 2020
15 بازدید

مطالب مرتبط

دیدگاه ها

مجوزها و نمادها


logo-samandehi

پل های ارتباطی با ما …

تبریز ، بخش مقصودیه ، خیابان ارتش جنوبی، کوچه شهید شهابی ، بن بست باغچه ، پلاک ۸۷ ، طبقه 4
تلفن تماس : 04135421108-09307584802
ایمیل : entofa@gmail.com


Unit4,No87,Baghcheh Alley,South Artesh ST,Azadi ave,MAGHSUDIYEH, Tabriz, Iran
کلیه حقوق این وب سایت محفوظ می باشد . طراحی و توسعه آلسن وب    All rights reserved © 2020 Entofa