تنش های پسماند زمانی به وجود می آیند که یک جزء بیش از حد الاستیک خود تحت فشار قرار گیرد و تغییر شکل پلاستیک رخ دهد.
و تغییر شکل پلاستیک زمانی اتفاق می‌افتد که تنش از مقاومت تسلیم فلز فراتر رود این می تواند در نتیجه:
- تغییر شکل پلاستیک غیر یکنواخت در حین پردازش مکانیکی، مانند آن در هنگام نورد، عملیات شکل‌دهی (خمش یا کشیدن)، ماشین‌کاری، و عملیات‌های مکانیکی سطح (شاتکاری و برش کاری غلتکی).
- دگرگونی فاز در طول خنک شدن از دماهای بالا
- تغییر شکل پلاستیک غیر یکنواخت در هنگام گرمایش یا سرمایش
- ناهمگونی یک نظم شیمیایی یا کریستالوگرافی (نیتریدینگ یا سخت شدن مورد)
- درمان‌های سطحی مختلف (میناکاری، آبکاری PVD و پوشش CVD)
دراین مطلب قصد داریم تنش های پسماند ناشی از تغییرات دما را بررسی کنیم.
تغییرات دما در یک فلز در طول خنک شدن از دمای بالا منجر به تغییرات موضعی در میزان انقباض حرارتی می شود.
انقباض حرارتی به دلیل سرعت‌های مختلف خنک‌سازی که توسط سطح و داخل فلز تجربه می‌شود، تنش غیریکنواخت ایجاد میکند.
در طول خنک شدن، قسمت بیرونی یک جزء ابتدا سرد می شود و آن قسمت از فلز منقبض می شود و فلز داخلی داغ تر را فشرده می کند.
با سرد شدن بخش داخلی، فلز سعی می کند منقبض شود، اما توسط قسمت بیرونی که قبلاً خنک شده است، محدود می شود. در نتیجه، بخش داخلی دارای تنش کششی پسماند و قسمت بیرونی جزء دارای تنش فشاری پسماند خواهد بود.
وقتی که قطعه ای تحت تأثیر هیچگونه باری قرار نگیرد تنش های داخل آن بعنوان تنش های پسماند تعریف می شوند اصطلاحاتی از قبیل تنش های داخلی، تنش های اولیه تنش های ذاتی تنش های واکنشی و تنش های حبس شده نیز معرف همان تنش های پسماند می باشند .
تنش های پسماند ناشی از توزیع غیریکنواخت گرما به تنش های گرمایی معروفند. تنش های پسماند در طی مراحل ساخت و تولید به دلایل مختلف در سازه های فلزی ظاهر می گردند.
برای مثال درطی مرحله تولید میتوان به نورد ورق و مقاطع ریخته گری و آهنگری قطعات اشاره کرد همچنین در طول فرآیند ،قیچی ،خمکاری براده برداری و جوشکاری نیز تنش های پسماند بوجود می آیند.
تنش پسماند در جوشکاری:
در فرآیند جوشکاری اعمال گرما بصورت موضعی می باشد و به همین دلیل توزیع گرما روی سطح کار یکنواخت نمی باشد دما در منطقه حرارت دیده (HAZ) و فلز جوش بالاتر از فلز پایه می باشد در حین انجماد فلز جوش به منطقه حرارت دیده تنش های انقباضی اعمال می نماید.
البته پس از انجماد چون فلز جوش داغ و ضعیف است تنش های اعمال شده ناچیز می باشد. هنگامی که دمای فلز جوش به دمای محیط میرسد مقدار تنش اعمال شده افزایش یافته و می تواند به اندازه استحکام تسلیم فلز پایه برسد یک اتصال جوش از پاس های متعددی تشکیل یافته است قبل از انقباض پاس دوم پاس اول جوش منجمد شده و از انقباض آزاد پاس دوم جلوگیری می کند به همین دلیل در طول خط جوش فلز جوش تحت نیروهای تنشی قرار می گیرد .
در جوشکاری لب به لب Butt Weld شیار جوش از حرکت عرضی فلز جوش جلوگیری کرده و تنش های عرضی به فلز جوش وارد میکند ،بنابراین در این جوشکاری تنش های پسماند طولی و عرضی بوجود می آیند.
تاثیرات عمده تنش های پسماند:
تنش های پسماند بسته به اینکه تنش کششی یا فشاری باشد می تواند مفید یا مضر باشد. تنش‌های پسماند کششی می‌تواند به اندازه‌ای بزرگ باشد که باعث ایجاد اعوجاج یا ترک خوردن شود. همچنین ترک خوردگی ناشی از خستگی و تنش مستلزم وجود تنش های کششی است.
اما در حالت کلی در فرآیند جوشکاری می توانند دو تاثیر عمده داشته باشند:
۱-در مرحله اول باعث تابیدگی سازه های فلزی می شوند.
۲-در مرحله دوم تخریب زودرس این سازه ها را بدنبال دارند.
دلیل اساسی تابیدگی انقباض غیر یکنواخت در منطقه جوش می باشد انقباض غیریکنواخت باعث می شود که یک قسمت از جوش به تمام مقطع جوش تنش وارد کند که در مقابل این تنش ها فلز جوش به حد پلاستیک رسیده و تاب برداشتن اتفاق می افتد.
در جوش های لب به لب و نبشی اگر انقباض پاس آخر بیشتر از پاس اول باشد احتمال تابیدگی افزایش می یابد.
اصولاً تنش های پسماند در منطقه جوش متمرکز می شوند و سبب کاهش چقرمگی در آن منطقه می گردند همچنین احتمال ترک و شکست ترد را نیز افزایش می دهند، تنش های پسماند روی خستگی و خوردگی نیز تأثیر می گذارند.
انواع روش تنش گیری:
تنش گیری بمنظور رفع تنش های پسماند به دو روش حرارتی و مکانیکی صورت می گیرد.
در روش حرارتی بمنظور کاهش تنش تسلیم فلز ،پایه سازه بتدریج گرم می شود کاهش تنش تسلیم کرنش پلاستیکی را به همراه دارد در طول کرنش پلاستیکی تنش های پسماند آزاد می گردد.
در طول تنش گیری خواص استحکامی فلز پایه و منطقه جوش با توجه به نحوه گرم کردن و سرد کردن تغییر می کند در نتیجه بدلیل رفع تنش های پسماند و بهبود در چقرمگی منطقه جوش، مقاومت در برابر شکست ترد افزایش می یابد می یابد در روش تنش گیری مکانیکی با توجه به رفع تنش های پسماند هیچگونه تغییری در ساختار میکروسکوپی و خواص استحکامی منطقه جوش صورت نمی گیرد.
راه های جلوگیری از تنش پسماند:
انتخاب فرآیند و روش جوشکاری مناسب جهت کاهش تشکیل تنش های پسماند و تابیدگی
انتخاب روش های مناسب جهت تنش گیری و رفع تابیدگی
مناسب ترین طراحی سازه های فلزی و نوع فولاد تا احتمال تشکیل تنش های پسماند و تابیدگی به حداقل برسد.
اندازه گیری تنش های پسماند:
پراش اشعه ایکس برای اندازه گیری تنش پسماند به صورت غیر مخرب استفاده می شود. با استفاده از این تکنیک، کرنش‌ها در شبکه کریستالی اتمی فلز اندازه‌گیری می‌شوند و سپس تنش‌های پسماند بر اساس اندازه‌گیری‌های کرنش محاسبه می‌شوند.
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.