عنوان پایان‌نامه
بررسی علل شکست اتصال جوش لوله های زنگ نزن آستنیتی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1226;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71269
- تاریخ دفاع
- ۱۸ بهمن ۱۳۹۳
- دانشجو
- مینا محمدزاده
- استاد راهنما
- حسن فرهنگی
- چکیده
- در پژوهش حاضر علل شکست اتصالات جوش لوله های برگشت گازوئیل در توربین مورد بررسی قرار گرفته است. جنس این لولهها از فولاد زنگ نزن آستنیتی Ti316 و L904 بوده و فلز پرکننده استفاده شده L316 می‌باشد که به روش TIG جوشکاری شده‌اند. بدین منظور آزمون‌های متنوعی شامل متالوگرافی، شکست نگاری ماکروسکوپی، شکست نگاری میکروسکوپی، سختی سنجی و آزمون کشش بر روی لوله‌های شکسته شده انجام شد و محل جوانه زنی ترک و نوع شکست مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون متالوگرافی نشان دادکه ساختار میکروسکوپی فلزهای پایه شامل دانه بندی آستنیت می‌باشد و ساختار میکروسکوپی فلز جوش شامل آستنیت به همراه تشکیل فریتهای اسکلتی است. بررسی های شکست نگاری ماکروسکوپی نشان داد که نواحی نیم بیضی در سطح شکست نمونه ها حاکی از رشد تناوبی ترک بوده است و انحنای نیم بیضیها به محل جوانه زنی ترک اشاره دارد. ناحیه گرده جوش نیز به دلیل غیر یکنواختی و شکل هندسی نامناسب، تمرکز تنش شدیدی را در ناحیه همپوشانی ابتدا و انتهای جوشکاری ایجاد کرده و جوانه زنی از این ناحیه انجام گرفته است که در برخی از لولهها جوانه زنی از سطح خارجی و در موارد دیگر از سطح داخلی شروع شده است. بررسی‌های شکست نگاری میکروسکوپی، خطوط ساحلی ایجاد شده در سطح شکست را تایید می‌کندکه مطابق تصاویر میکروسکوپی، سطح شکست لولهها دارای خطوط مواج می‌باشد. نتایج بررسی‌های شکست نگاری میکروسکوپی و ماکروسکوپی نشان داد که مکانیزم شکست لوله ها خستگی بوده است. با اندازه گیری فاصله خطوط مواج در شکست نگاری میکروسکوپی ، سطح تنش اعمالی به لوله ها در حین سرویس بدست آمد. با توجه به سطح تنش بدست آمده، تعداد سیکل‌های لازم برای شکست با استفاده از معادله منحنی S-N و رابطه نرخ رشد ترک انجام شد. نتایج حاکی از آن است که عمر واقعی خستگی لولهها تطابق مناسبی با عمر خستگی لولهها در حین سرویس ندارد. بدین صورت که به علت جوانه زنی زود‌رس لولهها و تمرکز تنش شدید در ناحیه همپوشانی ابتدا و انتهای جوشکاری عمر خستگی لوله ها کاهش یافته است. به منظور افزایش عمرخستگی لولهها لازم است که ناحیه ابتدا و انتهای جوشکاری لولهها به اندازه 90 درجه تغییر کند و ترک‌های جوانه زنی در حین سرویس لوله ها به وسیله بازرسی جوش، تشخیص داده شود و اقدامات لازم برای حذف این ترک‌ها انجام شود. کلمات کلیدی: فولادهای زنگ نزن آستنیتی، جوانه زنی ترک، شکست، عمر خستگی
- Abstract
- In the present study, the failure analysis of austenitic stainless steel welded pipes in a gas turbine unite have been investigated. The type of pipes are 316Ti and 904L austenitic stainless steel welded by TIG welding with 316L filler metal. Microstructure characterizations were performed by optical microscope, scanning electron microscope and tensile tests. The results showed that microstructure of base metal and weld metal composed of austenitic grains and austenitic+ ferrite respectively. Macroscopic analysis of the total fracture surface indicated semi-ellipses shaped beach marks showing crack growth direction. The curvature center of semi-ellipses curves refers to the initial crack initial site. The welded region has caused high stress concentration in the overlap zone of the welded spot due to non-uniform geometry of the weld that has led to the crack initiation at external surface of some pipes while in some others is at internal surface. Microscopic fracture surface analysis revealed striation lines which is in accordance with the beach marks observed in macroscopic fracture surface examination. Macroscopic and microscopic analysis of fracture surface indicates that the fracture mechanism of pipes was fatigue. In order to determine the applied stress to the pipes during service, the average distance of striation lines measured. By using S-N curves and crack growth rate equation the number of cycles required for fracture calculated.The results showed that early crack initiation and higher stress concentration in the overlap weld zone decreases fatigue life. In order to increase the fatigue life of pipes it is suggested to change the overlap welded zone to 90 degree and determine the initial crack created during service by NDT methods. Keywords: Fracture, Fatigue Life, Crack Initation, Austenitic Stainless Steel
