تأثیرات جوش ترمیمی بر میدان تنش های پسماند و رفتار تناوبی لوله های فولادی فراساحلی

انجام جوشکاری ترمیمی در سازه های با اتصالات جوشی بعضاً امری اجتناب ناپذیر خواهد بود. به طور مثال این موضوع در سازه های فولادی تحت فشار و دمای بالا مانند لوله های فراساحل و یا مخازن فولادی و پالایشگاهی و یا نیروگاهی و یا در ترمیم سازه های فولادی آسیب دیده در زلزله متداول می باشد. در پژوهش حاضر به بررسی آثار جوشکاری ترمیمی بر استحکام سازه های فولادی (با تمرکز بر لوله های فراساحلی) با دو رویکرد تجربی و عددی پرداخته شده است. یادآور می شود، برای انجام مراحل مطالعه تجربی، تعدادی پانل مستطیلی که به صورت سر به سر با جوش نفوذی به یکدیگر متصل شده اند، تهیه گردید. یکی از پانل ها بدون ترمیم (صرفاً با جوش اصلی) و یکی با یکبار جوشکاری ترمیمی کلی و یکی با دوبار جوشکاری ترمیمی کلی و دو پانل دیگر یکی دارای یکبار جوشکاری ترمیمی موضعی و دیگری دارای دوبار جوشکاری ترمیمی موضعی می باشند. در این پانل ها اندازه گیری تنش پسماند با استفاده از دو روش سوراخ کاری و تقطیع انجام شده است. نتایج اندازه گیری با دو روش دارای تطابق نسبی مناسبی هستند. پس از اندازه گیری تنش پسماند در این پانل ها نمونه برداری از آنها انجام گردیده است. نمونه های تهیه شده از این پانل ها برای انجام آزمون خستگی پرچرخه و آزمون تعیین رفتار خرابی خمیری پیشرونده (ratcheting) و هم چنین آزمون تعیین رفتار نرم شوندگی و سخت شوندگی تناوبی اختصاص داده شده است. نمونه با یکبار ترمیم کلی رفتار خستگی پرچرخه بهبود یافته نسبت به سایر نمونه ها از خود نشان داده است. لیکن انجام دوبار ترمیم باعث تضعیف این رفتار شده است. هم چنین نمونه های با ترمیم کلی دارای مشخصه نرم شوندگی تناوبی و سایر نمونه ها دارای مشخصه سخت شوندگی تناوبی می باشند. همین تفاوت باعث ایجاد تغییرات متمایزی در رفتار خرابی خمیری پیشرونده ناشی از انجام جوشکاری ترمیمی در نمونه های آزمایشی شده است. برای انجام مرحله دیگری از مطالعات تجربی، دو پانل مستطیلی با هندسه مشابه با پنج پانل قبلی تهیه شده است. این دو پانل برای تعیین و بررسی کرنش های گذرای حین فرایندهای جوشکاری اصلی و ترمیمی در نظر گرفته شده است. برای این منظور روی پانل های یاد شده کرنش سنج هایی در طول فرایندهای جوشکاری اصلی، شیارکاری و ترمیم نصب گردیده که قادر به ثبت تغییرات کرنش ایجاد شده حین فرایندهای مذکور بوده اند. علاوه بر مطالعات تجربی، شبیه سازی عددی پنج پانل آزمایشی یاد شده برای بررسی تغییرات میدان تنش های پسماند ناشی از فرایند ترمیم انجام گردیده است. صحت سنجی نتایج شبیه سازی با تغییرات درجه حرارت ثبت شده حین جوشکاری ها که توسط ترموکوپل های نصب شده روش پانل ها حین آزمایش ثبت شده بود، انجام گرفته که تطابق خوبی بین این نتایج مشاهده شده است. هم چنین نتایج اندازه گیری تنش های پسماند با نتایج شبیه سازی مقایسه گردید. نتایج نشان داده تنش های پسماند طولی به خوبی توسط مدل المان محدود قابل پیش بینی است. لیکن تنش های پسماند عرضی در نمونه های با دوبار ترمیم دارای تفاوت هایی می باشد.