افزایش استحکام خستگی قطعات جوشی به روش ضربه اولتراسونیک

تنشهای پسماند غالبا کششی در اکثر روشهای تولیدی مثل ریخته گری، ماشینکاری و جوشکاری و کلیه فرایندهایی که به نوعی حرارت در آنها وجود دارد، بوجود می آیند. این تنشها در سازه های جوشی، با توجه به کاربرد عمده آنها در صنایع مختلف از قبیل صنایع کشتی سازی، خودروسازی، ساخت سکوهای نفتی، صنایع پتروشیمی و پالایشگاهها بسیار مشکل ساز بوده و استحکام پایین اتصالات جوشی در مقابل بارهای دینامیکی و شکست ناشی از آن گرفتاریهای زیادی را در این صنایع بوجود می آورند. از این جهت انجام عملیات بهبود دهنده به منظور افزایش استحکام خستگی اتصالات جوشی نظیر سنگ زنی، ساچمه زنی، دوباره ذوب کردن جوش، عملیات حرارتی، از مباحث مهم تحقیقاتی به شمار می آیند. فرایند اولتراسونیک بینینگ، روشی جدید، جهت بهبود استحکام خستگی اتصالات و سازه های جوشی می باشد که نسبت به سایر روشها مزایای فراوانی دارد. با توجه به کاربرد روزافزون فولادهای زنگ نزن در صنایع مختلف، هدف از انجام این پروژه، بررسی اثر فرایند اولتراسونیک پینینگ بر روی اتصالات جوشی از جنس فولاد زنگ نزن 304 می باشد. به منظور بررسی اثر عملیات اولتراسونیک پینینگ، پس از اتصال قطعات توسط جوشکاری قوس الکتریکی، آزمونهای خستگی، متالوگرافی، میکروسختی سنجی و نیز ارزیابی مقاومت و نرخ خوردگی بر روی اتصالات جوشی فولاد زنگ نزن 304 انجام شده است. نتایج بدست آمده از آزمون خستگی نمونه ها نشان می دهد که، در اثر استفاده از فرآیند اولتراسونیک پینینگ بر روی اتصالات جوشی، عمر خستگی اتصالات جوشی از جنس فولاد زنگ نزن 304، در قلمرو تنش اعمالی 300mpa به مقدار 120 درصد افزایش داشته، همچنین استحکام خستگی اتصالات جوشی از جنس فولاد زنگ نزن 304 در تعداد سیکل 400000، از قلمرو تنش 225mpa به 290 mpa افزایش یافته که بیانگر 29 درصد افزایش در مقدار استحکام خستگی است. با توجه به تصاویر بدست آمده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی در اتصالات جوشی که عملیات پینینگ روی آنها انجام نشده است، ترکهای ریز و سطحی در منطقه haz و پاشنه جوش وجود دارد، که در اثر اعمال سیکلهای خستگی و به دلیل تمرکز تنش بیشتر در این محلها، سبب پیشرفت ترک و در نهایت شکست قطعه در محل اتصال جوش به فلز پایه (پاشنه جوش)، شده است، در حالیکه اتصالات جوشی که عملیات پینینگ، بر روی پاشنه جوش آنها انجام شده است، نه تنها اثری از ترک، به دلیل بسته شدن دهانه ترکها وجود ندارد، بلکه ضربه ارتعاشی با فرکانس بالا، سبب اطلاح هندسه پاشنه جوش شده و در نتیجه شکست در مقطعی از فلز پایه به فاصله 12 میلی متری از پاشنه جوش اتفاق افتاده است. عمق نفوذ لایه تغییر شکل یافته در محل اثر فرایند اولتراسونیک پینینگ در حدود 60 الی 100 میکرون تخمین زده شده است. با توجه به عمق نفوذ اثر فرایند اولتراسونیک پینینک و منحنی های بدست آمده از توزیع میکروسختی، در محل پاشنه جوش اتصالات پینینگ شده، قبل و بعد از انجام آزمون خستگی، مشاهده می شود که مقدار سختی در محدوده عمق 100 از سطح نمونه، از 225 ویکرز در عمق به 450 ویکرز در سطح افزایش یافته است. پس از بررسی نتایج بدست آمده از آزمون پلاریزاسیون الکتروشیمیایی نمونه های پینینگ نشده و پینینگ شده، بوسیله دستگاه پتانسیواستات، میانگین مقاومت و نرخ خوردگی به ترتیب برای نمونه های پینینگ نشده ohm 10* 1.8 و mm/year 10*2.2 و برای نمونه های پینینگ شده، ohm 10*604 و mm/year 10*0.44 ارزیابی شده است.