جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی

جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی لوله های فولاد آلیاژی در بویلرها – استقرار پنجره پارامتر

چکیده

جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی (MIAB) یک فرآیند جوشکاری حالت – جامد هیبرید یا ترکیبی می باشد که برای اتصال لب به لب بخش های استوانه ای توخالی نظیر لوله ها مناسب است. این فرآیند از یک قوس الکتریکی چرخشی برای گرم نمودن نواحی انتهایی دو لوله استفاده نموده و عمل القا از نیروی الکترومغناطیسی بواسطه تعامل جریان قوس و میدان مغناطیسی، تامین شده بوسیله سیستم مغناطیسی خارجی، حاصل می‌شود. این مقاله ارائه دهنده تلاش های انجام شده جهت طراحی و توسعه یک ماژول جوشکاری MIAB آزمایشگاهی می باشد که با استفاده از ادوات بادی جهت درک اصول این فرآیند پیاده شده اند. مشخصه‌ها و ویژگیهای این مبحث با استفاده از لوله‌های فولاد آلیاژی (با قطر۴۸ میلی متر و ضخامت۶ میلی متر) از طریق تغییر پارامترهای مختلف ورودی و ثبت متعاقب مشاهدات حاصل شده است. بر پایه درک اصلی این فرآیند و پارامترهای آن، یک تلاش محوری جهت جوشکاری لوله های فولاد آلیاژی بویلرها، با استفاده از ادوات ساخته شده خاص جوشکاری MIAB  (MD1)، انجام شده است. بررسی ها در زمینه ماشین جوشکاری MIAB (MD1)، پس از تحقیقات اولیه جهت درک مکانیزم های اصلی شامل شده در فرآیند جوشکاری MIAB، اعمال گردید. رویه تجربی شامل یکسری از آزمایشات جهت توسعه و ارزیابی دانش پایه برای لوله های فولاد آلیاژی تحت جوشکاری MIAB می باشد. بر مبنای نفوذ و مهره جوش (که در بررسی های چشمی/ بصری مشاهده شده است)، محدوده های متناسب پارامترهای فرآیند مختلف ورودی مشخص و ارائه شده اند.

کلمات کلیدی. جوشکاری MAIB، لوله های فولاد آلیاژی، مهره جوش، چرخش قوس، جوشکاری حالت – جامد.

جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی

۱- مقدمه

جوشکاری لب به لب قوس القای مغناطیسی (MIAB) یک فرآیند جوشکاری پیشرفته می باشد که بعنوان جایگزینی برای فرآیند جوشکاری متعارف نظیر جوشکاری اصطکاکی، تابشی (فلش- Flash)، جوشکاری مقاومتی و جوشکاری لب به لب مدنظر است.

جوشکاری MIAB یک فرآیند جوشکاری حالت – جامد برای لوله هایی به شمار می آید که در آن حصول گرما، قبل از انجام عمل چکش کاری/ پهن سازی، بوسیله یک قوس الکتریکی که در امتداد لبه های محیطی قطعات به هم جوش خورده، با کمک یک میدان مغناطیسی خارجی حرکت می نمایند، تحقق می‌یابد. دیاگرام شماتیک نشان دهنده اصل فرآیند جوشکاری MIAB در شکل ۱ نشان داده شده است.

دو لوله ای که می بایست اقدام به جوشکاری آنها نمود با استفاده از یک رویه هم ترازی متناسب چفت و نگهداری شدند. سیستم های مغناطیسی در تعامل با ضریب جوشکاری MIAB بوجود آورنده شار مغناطیسی در شکاف قوس می باشند. مؤلفه شعاعی شار مغناطیسی چگالی Br وجزء محوری جریان قوس جوشکاری I_a با یکدیگر به تعامل پرداخته که منجر به ایجاد یک نیروی الکترو مغناطیسی گردیده که سبب خواهد شد تا این قوس در امتداد لبه های محیطی لوله ها بخوبی اعمال گردد.

MIAB در مباحث مختلف و در طی ۱۹۷۴ گزارش شده است. از مبحث موجود در ارتباط با تحقیقات انجام شده قبلی بوسیله محققین در زمینه جوشکاری MIAB مواردی را بطور مختصر تشریح خواهیم نمود.

…

با وجود آنکه مطالعاتی اقدام به گزارش نمودن جوشکاری MIAB نمودند، هیچ گونه گزارشاتی وابسته به توسعه یا پیاده سازی ادوات MIAB، بطور خاص برای جوشکاری لوله در بخش های بویلر، مشاهده نشده است. بنابراین، در این مطالعه تلاشی جهت اعمال آزمایشات مرتبط با جوشکاری لوله‌های فولاد آلیاژی مخازن تحت فشار از طریق کاربرد ادوات ساخته شده خاص MIAB (MD1) اعمال گردیده است. بعلاوه، آزمایشات مکانیکی متعاقب نیز جهت دسترسی به قدرت نمونه های جوشکاری شده MIAB نیز باید انجام شوند.

جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی

۲- بررسی تجربی

۱-۲٫ نمونه‌ای برای آزمایش

برای کلیه موارد آزمایشی، لوله های رتبه/ درجه T11، با آلیاژ کرومیوم مورد استفاده قرار گرفتند. دلیل انتخاب این خصیصه بواسطه آن است که کاربرد مخزن تحت فشار نیازمند خواص دمای بالا در طی چرخه حیات آنها می باشد. ترکیب شیمیایی T11 در جدول ۱ ذکر شده است.

۲-۲٫ توسعه مدول آزمایشگاهی جوشکاری MIAB و رویه تجربی

در این بخش از رویه آزمایشگاهی MIAB، یکی از این لوله ها به صورت ثابت نگه داشته شده و لوله دیگر همانگونه که در شکل ۲الف نشان داده شده است متحرک می باشد. لوله متحرک خطی، به صورت ممزوج با یک موتور الکتریکی مستقر شده است. با استفاده از گیره متحرک فاصله بین لوله‌ها در فواصل ۱۰ الی۱۵میلیمتری تنظیم شد. آرایش کویل مغناطیسی متشکل از یک هسته لایه ای می باشد که بر روی آن این کویل بر حسب شکل ۲ب پیچیده شده است. به هنگامی که برق بدین کویل متصل می گردد، یک جریان قوسی بین لوله ها به وجود آمده و سبب حرکت در سرعت پایین، حدود ۷۵ دور در دقیقه، می شود.

آزمایش های متعددی با توجه به جریان جوشکاری در محدوده ۴۰۰ الی ۵۰۰ آمپر همراه با ولتاژ در محدوده ۹۰ الی ۱۲۰ ولت انجام شدند. منبع نیروی ESAB برای این منظور مورد استفاده قرار گرفت. این کویل (الکترو مغناطیس) از یک منبع برق جریان مستقیم ۷۵ الی۲۰۰ ولت و ۱/۰ الی ۵/۰ آمپر تامین شد. ویژگی ها معرف آن می باشند که چرخش قوسی با توجه به آرایش یافتگی کویل های مغناطیسی به صورت متوالی و یکنواخت اعمال می شوند. این آرایش یافتگی باعث تسهیل حدود ۵۰ الی ۶۰ درصد از موارد ذوب می گردد. به علاوه، یک نیروی متلاطم، در محدوده ۳۰ الی ۱۰۰ N/mm²  ، به صورت مکفی جهت اتصال لوله ها تشخیص داده شد.

جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی

۳- نتایج و مباحث

نتایج و مباحث ارائه شده در دو بخش ارائه  می گردند، هر بخش در بردارنده ماده مگنت برای استفاده دائمی خواهد بود.

۱-۳٫ نتایج و مباحث به هنگام به کارگیری مگنت دائمی (ماده فریتی )

جزئیات آزمایشات انجام شده بر روی مدول MIAB با مگنت فریتی در جدول ۲نشان داده شده ‌اند.

از جدول ۲ می توان این موضوع را دریافت که چنین قوسی به هنگامی که شکاف لوله به میزان ۴ میلی متر یا بیشتر باشد، علیرغم جریان جوشکاری بالای ۶۰۰ آمپر و ولتاژ جوشکاری ۵۰ ولت، شکل نخواهد گرفت.

۲-۳٫ نتایج و مباحث به هنگام استفاده از مغناطیس دائمی (مواد آلنیکو)

آزمایشاتی از طریق جایگزینی مگنت های فریتی با مگنت های آلنیکو جهت بررسی تاثیر مواد مغناطیسی بر روی رفتار قوسی انجام گرفت. پارامتر های این فرآیند در جدول ۴ عرضه گردیده اند. بر این مبنا، هیچ گونه تغییر قابل توجهی در رفتار قوسی وجود ندارد. این امر موکد آن است که تنها میدان مغناطیسی بوجود آمده بوسیله مگنت قابلیت گردش قوسی را داشته و ماده مگنت هیچ گونه نقش مهمی را در فرآیند جوشکاری MIAB ندارد.

به علاوه، آزمایشاتی نیز بر روی ماژول MIAB با شکاف ۱میلی متری بین لوله ها انجام گرفت و مشخص شد (جدول ۵)، حتی برای یک ولتاژ جوشکاری پایین ۳۰ ولت و جریان جوشکاری کمتر۲۰۰ آمپر، پس از آبدیدگی قوس، لوله ها کوتاه‌تر شده‌اند. از این رو، اندازه شکاف کمتر از ۲ میلیمتر بوجود آوردنده قوسی پایدار برای جوشکاری نخواهد بود.

۳-۳٫ تشریح ایده های اصلی منتج شده از نتایج آزمایشات ماژول های آزمایشگاهی جوشکاری MIAB توسعه یافته در WRI، BHEL، INDIA

• چگالی شار مغناطیس به عنوان یکی از عوامل اصلی تاثیر گذار بر روی رفتار گردش قوس در جوشکاری MIAB مشخص شد. بنابراین، طراحی موثر سیستم الکترو مغناطیسی به عنوان یک عامل مهم برای جوشکاری MIAB مد نظر می باشد.

• سرعت چرخش قوس عمدتا منوط به جریان جوشکاری و چگالی شار مغناطیسی می باشد.

• …

جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی

۴- آزمایش با ادوات ساخته شده خاص MIAB (MD1)

ماشین MIAB (MD1). که در انستیتو تحقیقات جوشکاری (WRI) مهیا می‌باشد، BHEL، قابلیت جوشکاری لوله های فولادی آلیاژی را خواهد داشت. ماشین MD1 MIAB شامل یک مبدل توان، ایستگاه پمپ، جعبه کنترل، دستگاه جوش دهنده و کنترل از راه دور به عنوان بلوک های اصلی تشکیل دهنده آن است که در شکل ۸ نشان داده شده است. ورودی به مبدل توان ph 3 ،  Hz 50 و V 400 است.

MIAB یک فرآیند نسبتا جدید جوشکاری به شمار آمده و بواسطه ناکافی بودن دسترسی به مباحث، به طور اولیه، روش آزمون و خطا اتخاذ شده است. جریان جوشکاری و زمان جوشکاری به ۳ و ۴ مرحله به ترتیب تقسیم شده اند. جدول ۶ و ۷ معرف مراحل مختلف جریان و زمان در طی مشخصه های جوشکاری توصیه شده بوسیله تولید کننده ماشین MD1 برای جوشکاری لوله های فولادی به قطر ۶/۴۷میلیمتر و ضخامت ۶/۶ میلیمتر می باشد.

۱-۴٫ آزمایشات انجام شده با استفاده از ماشین MD1

تمرکز اصلی این مقاله ارزیابی تاثیر پیامدهای پارامترهای فرآیندی مختلف بر روی کیفیت جوش از طریق انجام آزمایشات می باشد.

در ابتدا روش آزمون و خطا جهت ارزیابی تاثیر پارامترهای ورودی مختلف در مبحث نفوذ و مهره جوش به کار گرفته شد. از طریق مشخصه های فراهم آمده بوسیله تولید کنندگان برای جوشکاری قطر ۶/۴۷میلیمتر، با ضخامت ۶/۶میلیمتر، این موضوع مشخص شد که جریان I₂ و زمان T₃ نقش مهمی را در مشخص نمودن نفوذ و مهره جوش با توجه به کاربرد این مراحل برای مدت طولانی تر داشته اند. با این وجود، جهت تعیین طبیعت یا ذات تاثیر پارامترهای ورودی مختلف در مبحث نفوذ و مهره جوش، گوناگونی های اندکی در مقادیر پارامترهای فرآیند اعمال گردیده است که از مشخصه های تولید کنندگان حاصل شده اند.

آزمایشات با توجه به تغییر تنظیمات جریان و زمان در طی مراحل مختلف انجام گرفت، و در عین حال این اطمینان حاصل شد که این میزان انحراف از مشخصه های تولید کنندگان به میزان حداقلی حفظ شود. جریان I₂ تنها پارامتری است که دارای بیشترین میزان تغییر می باشد، چرا که نقش مهمی در فرآیند جوشکاری MIAB به عهده دارد. این آزمایشات عمدتا جهت مشخص نمودن سطوح متناسب پارامترهای ورودی مختلفی انجام شدند که منجر به پدیدار شدن یکنواختی در تشکیل مهره همراه با نفوذ مکفی می گردند.

جوشکاری لب به لب قوسی القای مغناطیسی

۵- نتیجه گیری

آزمایشات تجربی در ابتدا با استفاده از روش آزمون و خطا بر روی لوله های T11 (به قطر ۶/۴۷میلیمتر و به ضخامت ۶/۶ میلیمتر) انجام شدند. پارامترهای این فرآیند به صورت متغیر در نظر گرفته شده و در عین حال تاثیر مهره جوش و میزان نفوذ (که به صورت بصری بررسی شدند) نیز مد نظر قرار گرفت. یکنواختی در مهره و میزان دفع پاشیدگی فلش/ جرقه جز پارامترهای کیفیت برای بررسی بصری محسوب می شوند. بر این مبنا نتیجه گیری های ذیل حاصل شدند:

• جریان I₂ که برای مدت طولانی تری به کار گرفته شد نقش مهمی را در زمینه مهره جوش و نفوذ به عهده داشته است. جریان I₂ 100آمپر به نظر ناکافی می باشد چرا که گرمایش لازم در سطوح تماس را حاصل نمی آورد. این امر منجر به نفوذ نامکفی شده که خود سبب بروز جوش ضعیف یا عدم جوش خوردگی می‌شود. بر این اساس، مشخص شد که جریان I₂ 200 آمپر نتیجه و کیفیت جوش متناسبی، برای زمان T₃ شامل ۲۰ و ۲۲، را ثانیه حاصل آورده است. به طور مشابه، جریان I₂ 300 آمپر همچنین منجر به بروز نفوذ کامل و مهره یکنواخت برای زمان T₃ 18ثانیه ای شده است. با این وجود، جریان I₂ را می بایست به منظور کاهش میزان مصرف انرژی ورودی در طی فرآیند جوشکاری به حداقل رساند. از اینرو، یک جریان ۲۰۰ آمپری، برای حاصل آوردن جوشکاری لوله های T11 (به قطر ۶/۴۷میلیمتر و ضخامت۶/۶میلیمتر) متناسب می باشد.

• این امر الزامی می باشد تا نسبت به تامین یک جریان بالای ۱۱۰۰ آمپر در طی چندین میلی ثانیه آخر قبل از اعمال چکش کاری، جهت تامین کیفیت مناسب جوش، اقدام نمود.

• فاصله بین لوله ها می بایست ۲میلیمتر حفظ شود تا آنکه جوش مناسبی را حاصل آوریم. فاصله کمتر از ۲میلیمتر منجر به کوتاه شدن لوله ها به هنگام آغاز بکار یا آبدیدگی قوس خواهد شد.