ارزیابی توانایی روش التراسونیک در اندازه گیری تنش پسماند طولی جوشکاری در راستای ضخامت

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

3 دانشیار، مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

یکی از توانایی‌های روش التراسونیک که در مقایسه با سایر روش‌های اندازه‌گیری تنش پسماند، کمتر به آن پرداخته شده است، قابلیت اندازه‌گیری تنش پسماند در اعماق قطعه است. علت این قابلیت، توانایی نفوذ امواج التراسونیک در اعماق مختلف قطعه، بنا به فرکانس ارسالی آن‌ها می‌باشد. ‌در این پژوهش، به بررسی قابلیت روش التراسونیک در اندازه‌گیری تنش پسماند طولی جوش‌کاری در عمق قطعه پرداخته شده است. بدین منظور، از چهار نوع سنسور التراسونیک با فرکانس‌های 1، 2، 4 و 5 مگاهرتز برای دسترسی به چهار عمق از سطح قطعات از جنس آلیاژ آلومینیوم سری 5000 که با روش جوش‌کاری ذوبی تیگ به هم متصل شده بودند، استفاده گردید. تنش پسماند جوش‌کاری، در نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی شد و سپس به‌وسیله‌ی مقایسه با نتایج روش تجربی پراش پرتو ایکس، اعتبارسنجی گردید. از مدل شبیه‌سازی صحه‌سنجی شده با روش پراش پرتو ایکس به منظور تایید اعتبار نتایج اندازه‌گیری شده با روش التراسونیک در چهار عمق مختلف از سطح قطعه، استفاده گردید که تطابق خوبی مشاهده شد. روش اندازه‌گیری تنش‌های پسماند با استفاده از امواج آلتراسونیک توانست تنش‌های پسماند طولی را با حداکثر خطای معادل 12% تنش تسلیم ورق آلومینیومی، اندازه‌گیری نماید. دقت این روش در اندازه‌گیری حداکثر تنش پسماند طولی بالاتر از 92% بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Javadi Y (2012) Residual stress evaluation through thickness of an austenitic stainless steel welded joint by using ultrasonic technique. PhD Thesis, Mechanical Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran. (In Persion)

[2] Murnaghan F. D (1937) Finite deformations of an elastic solid. Am J Math 59(2): 235-260.

[3] Hughes D. S, Kelly J. L (1953) Second-order elastic deformation of solids. Phys Rev 92(5): 1145.

[4] Crecraft D. I (1967) The measurement of applied and residual stresses in metals using ultrasonic waves. J Sound Vib 5(1): 173-192.

[5] Egle D. M, Bray D. E (1976) Measurement of acoustoelastic and third order elastic constants for rail steel. J Acoust Soc Am 60(3): 741-744.

[6] Egle DM, Bray DE (1978) Nondestructive measurement of longitudinal rail stresses: Application of the acoustoelastic effect to rail stress measurement. 34(1): Final Rpt.

[7] Egle DM (1980) Application of the acoustoelastic effect to rail stress measurement. Ultrasonic Materials Characterization 596: 213.

[8] Leon-Salamanca T, Bray DE (1988) Ultrasonic measurement of residual stress in steels using critically refracted longitudinal waves (Lcr). PhD diss., Texas A&M University.

[9] Leon-Salamanca, T, and Bray DF (1996) Residual stress measurement in steel plates and welds using critically refracted longitudinal (LCR) waves. Journal of Research in Nondestructive Evaluation 7(4): 169-184.

[10] Walaszek H, Hoblos J, Bouteille P, Bourse G, Robin C (2006) Ultrasonic stress measurement: Application to welded joints. ECNDT. Tu 4(3).

[11] Gachi S, Belahcene F, Boubenider F (2009) Residual stresses in AA7108 aluminium alloy sheets joined by friction stir welding. Nondestruct Test Eva 24(3): 301-309.

[12] Qozam H, Chaki S, Bourse G, Robin C, Walaszek H (2010) Microstructure effect on the Lcr elastic wave for welding residual stress measurement. Exp Mech 50(2): 179-185.

[13] Javadi Y, Pirzaman HS, Raeisi MH, Najafabadi, MA (2013) Ultrasonic inspection of a welded stainless steel pipe to evaluate residual stresses through thickness. Mater Design 49: 591-601.

[14] Javadi Y, Akhlaghi M, Najafabadi MA (2013) Using finite element and ultrasonic method to evaluate welding longitudinal residual stress through the thickness in austenitic stainless steel plates. Mater Design 45: 628-642.

[15] Javadi Y, Pirzaman HS, Raeisi MH, Najafabadi MA (2013). Ultrasonic evaluation of welding residual stresses in stainless steel pressure vessel. J Press Vess-T ASME 135(4): 041502.

[16] Eftekhari M, Najafabadi MA (2015) Evaluation of the capability of ultrasonic method for measuring longitudinal welding residual stress, by validating with X-Ray diffraction method. Modares Mechanical Engineering 15(9): 1-10. (in Persian)

[17] Sadeghi S, Najafabadi MA, Javadi Y, Mohammadisefat M (2013) Using ultrasonic waves and finite element method to evaluate through-thickness residual stresses distribution in the friction stir welding of aluminum plates Mater Design 52: 870-880.

[18] AWS Standard D1.6/D1.6M (2003) American Welding Society, Structural Welding Code - Aluminum, An American National Standard.

[19] Karimnia V, Sattari-Far I (2015) Investigating the influence of effective parameters on the residual stresses in circumferentially arc welded thin walled cylinders of aluminum alloy series 5000. Modares Mechanical Engineering 15(3): 377-386. (In Persian)

[20] Shugen X, Wang W, Chang Y (2014) Using FEM to predict residual stresses in girth welding joint of layered cylindrical vessels. Int J Pres Ves Pip 119: 1-7.

[21] Pradip D, Joshi Y, Franche C (1994) Determination of gas tungsten arc welding efficiencies. Experimental thermal and fluid science 9(1): 80-89.

[22] Eftekhari M (2014) Simulation of longitudinal residual stress in welded austenitic stainless steel plates and evaluation with X-ray diffraction and ultrasonic methods. MSc Thesis, Mechanical Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran. (In Persion)

[23] Deng D, Murakawa H (2008) Prediction of welding distortion and residual stress in a thin plate butt-welded joint. Comp Mater Sci 43(2): 353-365.

[24] Jiang W, Zhang Y, Woo W (2012) Using heat sink technology to decrease residual stress in 316L stainless steel welding joint: Finite element simulation. Int J Pres Ves Pip 92: 56-62.

[25] Adachi T, Sekino T, Nakayama T, Kusunose T, Niihara K (2003) Measurement of microscopic stress distribution of multilayered composite by X-ray stress analysis. Mater Lett 57(20): 3057-3062.

[26] Hauk V (1997) Structural and residual stress analysis by nondestructive methods: Evaluation-Application-Assessment. Elsevier.

[27] Hilly M. E (1971) Residual stress measurement by X-ray diffraction. SAE J784a, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA: 19.

[28] Pecharsky VK, Zavalij P (2009) Fundamentals of powder diffraction and structural characterization of materials. New York, Springer 69.

[29] Fitzpatrick M, Fry A, Holdway P, Kandil F, Shackleton J, Suominen L (2005) Determination of residual stresses by X-ray diffraction: 45.

[30] Akbari S, Miresmaeili R (2008) Experimental and numerical analyses of residual stress distributions in TIG welding process for 304L stainless steel. J Mater Process Tech 208(1): 383-394.

[31] Eftekhari M, Najafabadi M. A, Farahani M (2017) Evaluation of Longitudinal Residual Stress Variations Along the Thickness of Welded Joint of 5086 Aluminum Alloy. Journal of Solid and Fluid Mechanics 7(3): 1-16. (in Persian)

[32] Minicuci  DJ, dos Santos Júnior AA, Andrino MH, de Carvalho Santos F (2006) Stress evaluation of railroad forged wheels by ultrasonic testing. J Test Eval 35(1): 66-74.

[33] Gachi S, Boubenider F, Belahcene F (2011) Residual stress, microstructure and microhardness measurements in AA7075-T6 FSW welded sheets. Nondestruct Test Eva 26(1): 1-11.

[34] Ueda Y, Murakawa H, Ma N (2012) Welding deformation and residual stress prevention. Elsevier.

[35] Khedmat M, Najafabadi MA, Bafghy HR (2014) Acousto elastic constant measurement in the HAZ of aluminum connection with the approach of using differnt frequencies. Indian J Sci Res 1(2): 329-334.