تنش های پسماند حاصل از فرآیند جوشکاری اغلب باعث مشکلاتی همچون خوردگی تنشی، شکست ترد، استحکام خستگی پایین در سازه ها و مخازن تحت فشار می شود. در این تحقیق اثر شرایط مرزی (قیود) بر رفتار تنش های پسماند و تغییر شکل های حاصل از آن در لوله فولادی ضد زنگ بررسی شده است. قید اعمال شده در داخل لوله و مجاور درز جوش و پیرامون آن به کار رفته است. با مقایسه نتایج مشاهده شد که این قید تاَثیر زیادی بر تنش های پسماند و تغییر شکل ها دارد. در این رساله با استفاده از روش تجربی بر نتایج حاصل از شبیه سازی صحه گذاری گردید. لوله فولادی مورد مطالعه از جنس فولاد ضد زنگ sus304l می باشدکه به طورگسترده ای در صنعت انتقال انرژی و مواد خورنده کاربرد دارد. جهت انجام فرآیند جوشکاری از الکترود مصرفی نوع فولادy308l و همچنین از جنس فلز پایه ا ستفاده گردید. فرآیند جوشکاری به صورت قوس ا لکتریکی دستی انجام شده است. نشان داده شده است که مقید نمودن لوله از داخل به مقدار زیاد ی بر تنش های پسماند و تغییر شکل های حاصل از آنها تاَثیر می-گذارد.

جوشکاری زیر پودری از روشهای مهم جوشکاری با نرخ رسوب و کیفیت جوشکاری بالا محسوب می شود که در جوشکاری ورقهای ضخیم مخصوصا جوشکاری لوله های قطور انتقال گاز و نفت و مخازن تحت فشار کاربرد زیادی دارد. در این روش جوشکاری، تنظیم دقیق پارامترهای جوشکاری جهت نیل به جوشکاری با کیفیت بالا از اهمیت زیادی برخوردار است. تنظیم پارامترها بصورت سعی و خطا، و استفاده از مقادیر پیشنهادی سازندگان دستگاه و یا کتب فنی (مراجع جوشکاری) صورت می گیرد که روش بهینه و دقیقی نمی باشد. جهت تعیین بهینه این پارامترها در این پروژه از یک سیستم هوش مصنوعی بر پایه شبکه های عصبی استفاده شده است. برای این کار آزمایشات عملی در شرایط مختلف جوشکاری انجام شد. سپس بر اساس اطلاعات تجربی به دست آمده یک شبکه عصبی طراحی شد که ورودی های آن جریان، ولتاژ و سرعت جوشکاری و خروجی های آن ارتفاع گرده، عرض جوش و عمق نفوذ می باشد. بعد از آموزش شبکه، نتایج این تحقیق نشان می دهد این شبکه می تواند با دقت بسیار بالائی ابعاد گرده جوش را تخمین بزند. این سیستم هوشمند می تواند در بهینه سازی و تنظیم پارامترهای جوشکاری خط تولید لوله های فولادی بصورت عملی بکار برده شود.

در سال های اخیر با افزایش تقاضای انرژی و کاهش منابع نفتی در کشورهای نفت خیز جهان، فناوری طراحی و ساخت خطوط لوله توسعه چشم گیری یافته است. از طرفی تولید و استفاده از لوله های فولادی درزدار در خطوط انتقال نفت و گاز در بیشتر نقاط جهان روند رو به رشدی داشته است. بنابراین گسترش تحقیقات بر روی فرآیند ساخت این لوله ها و مکانیزم امر آسیب آن ها امری بدیهی است. شکست نرم یکی از علل اصلی گسیختگی در مواد و سازه های مهندسی است. مکانیزم رشد ترک در مواد نرم تحت بارگذاری کششی (مد اول شکست) شامل سه مرحله ایجاد، رشد و ادغام حفره های میکروسکوپی می باشد. از آنجایی که وجود هر نوع ترک موئین در لوله های پرفشار انتقال گاز بالقوه خطرناک بوده و می تواند باعث انفجار و تلفات جانی و مالی فراوان گردد، طراحی در برابر رشد ترک در این سازه ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در تحقیق حاضر برای تعیین خواص مکانیکی فولاد api x70 و مقایسه نتایج آن در جهات مختلف لوله، نمونه هایی در راستای محیطی، طولی و جوش، از این فولاد تهیه و مورد آزمایش قرار می گیرد. به دلیل اهمیت شناخت دقیق این فولاد در راستای محیطی لوله، سه نمونه شیاردار با هندسه شیار متفاوت در این راستا آماده و تست کشش بر روی آن انجام می شود و نتایج این آزمایش ها مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. سپس تئوری شکست گرسون جهت مدل سازی رشد ترک نرم در نمونه های آزمایشگاهی تست کشش از جنس فولادapi x70 معرفی می شود. همچنین مراحل کالیبره کردن مدل شکست و تعیین پارامترهای تجربی آن با استفاده از نمونه های آزمایشگاهی تست کشش به تفصیل بررسی می گردد. پس از این مرحله خواص ماده مورد نظر کالیبره شده و این ماده بصورت پارامتری شناخته خواهد شد. بنابراین از این پس می توان سایر تست های مرتبط و مورد نیاز مانند تست ct، که مستلزم صرف وقت و هزینه های بالا و همچنین تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته می باشند را به راحتی بر روی این ماده شبیه سازی کرده و از نتایج آن استفاده کرد.

جهت تعیین مقاومت ماده در برابر رشد ترک از معیار چقرمگی شکست استفاده می شود. چقرمگی شکست در حالت کرنش مسطح (بعنوان معیار شروع ترک) برای فولادهای پراستحکام خطوط انتقال گاز از اهمیت ویژه ای برخوردار است و نشان دهنده استعداد سازه به شکست ترد می باشد. در تحقیق حاضر از دو روش تجربی، انجام آزمون خمش سه نقطه ای بر روی ده نمونه با ابعاد هندسی یکسان، طول شیار متفاوت و بارگذاری یکسان (روش لندس و بگلی) و شش نمونه آزمایشگاهی با ابعاد و طول شیار یکسان و بارگذاری متفاوت (روش استاندارد bs 7448)، و یک روش نیمه تجربی با استفاده از اطلاعات آزمون ضربه شارپی جهت محاسبه چقرمگی شکست لوله فولادی api x65 (با قطر خارجی 1219 میلی متر و ضخامت جداره 3/14 میلی متر) استفاده می شود. با توجه به محدودیت در استخراج نمونه ای با ابعاد مناسب جهت تعیین تجربی چقرمگی شکست به روش مستقیم، به منظور تعیین این پارامتر از روش تعیین مقدار چقرمگی شکست نرم (jic) استفاده می شود. از نتایج حاصله مقدار چقرمگی شکست mpa?m 308 از روش استاندارد bs 7448، mpa?m 307 از روش لندس و بگلی و mpa?m 315 از روش روابط نیمه تجربی بدست آمد. در ادامه حل المان محدود نمونه آزمون خمش سه نقطه ای با استفاده از تئوری اصلاح شده شکست گرسون جهت محاسبه میزان گشودگی دهانه ترک (در حالت بحرانی) انجام گردید. از این مدل مقدار چقرمگی شکست mpa?m 297 بدست آمد. مقایسه نتایج تجربی و عددی نشان دهنده مطابقت مناسب مقادیر بدست آمده از روشهای مرسوم تعیین چقرمگی شکست در دمای محیط می باشد.

انتقال نفت و گاز طبیعی از محل تولید به مصرف کننده نهایی به وسیله خطوط لوله فولادی و شبکه های پرفشار در مسافت طولانی انجام می شود. اینگونه سازه ها جهت تحمل فشار داخلی بین mpa15-10 معادل 75 تا 80 درصد حداقل تنش اسمی تسلیم، طراحی می شوند. از طرفی مسیرهای انتقال نفت و گاز گاهی از نقاط تحت فشار زیاد و دمای خیلی پایین عبور می کنند، بنابراین تقاضای لوله های فولادی دارای استحکام بالا همراه با چقرمگی مناسب، رو به افزایش است. در یک چنین شرایط و فشار بالای کاری، ایمنی و بی نقص بودن سازه و مقاومت آن در مقابل رشد ترک نرم، از اهمیت ویژه ای از نظر مهندسین طراح خط لوله انتقال گاز برخوردار است. خطوط لوله انتقال گاز طبیعی در ایران عموماً با قطر های 32 تا 56 اینچ از جنس فولاد api x65 و api x70 ساخته می شوند. به دلیل اهمیت ایمنی خطوط انتقال، در استانداردهای صنعتی مقادیر مشخصی برای خواص مکانیکی (تحت بار استاتیکی و دینامیکی) برای هر درجه فولاد داده شده است. در تحقیق حاضر به منظور ارزیابی رفتار دینامیکی فولاد api x70 (فولاد پایه)، ابتدا با استفاده از تست ضربه سقوطی (dwtt)، اطلاعاتی نظیر درصد سطح شکست برشی (شکست نرم) در دمای صفر درجه سانتی گراد و دمای محیط بدست آمد و با استاندارد api مقایسه گردید. نتایج حاصله نشان داد که درصد سطح شکست برشی، بعنوان مهم ترین شاخصه خواص مکانیکی فولاد تحت بارگذاری دینامیکی 93% برای فلز پایه است که این مقدار بالاتر از شرایط استاندارد (85%) می باشد. پس از تحلیل سطح شکست نمونه تست شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ نوری، نتیجه کلی که از این سطوح گرفته شد، این بود که بیشتر سطوح شکست، دارای دیمپل است که نشان دهنده شکست نرم و در نتیجه چقرمگی بالای این فولاد می باشد. با تحلیل ریزساختار فولاد، نتیجه گرفته شد، ریزساختار فولاد مورد آزمایش، شامل دانه های فریت چند وجهی و فریت سوزنی بوده که نشان دهنده چکش خواری و چقرمگی بالای این فولاد می باشد.

در این تحقیق، تاثیر عملیات حرارتی درز جوش لوله فولادی api x70 بر رفتار خوردگی فلز پایه (bm)، منطقه متاثر از حرارت جوش (haz) و فلز جوش (wm) بررسی شد. به منظور تشکیل لایه محصولات خوردگی، نمونه های ساخته شده از مناطق مختلف درز جوش فولاد api x70 در محلول کربنات / بی کربنات به مدت 45 روز غوطه ور شدند. محلول کربنات / بی کربنات استفاده شده در این تحقیق، محلول شبیه سازی شده از الکترولیت جمع شده در فصل مشترک لوله و پوشش در سازه های مدفون در خاک است. مطالعه ویژگی های حفاظتی لایه محصولات خوردگی تشکیل شده روی سطح فولاد با استفاده از تکنیک طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی (eis)، آنالیز محصولات خوردگی به روش پراش پرتو ایکس (xrd) و بررسی ریزساختار و مورفولوژی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) صورت پذیرفت. نتایج نشان داد رفتار حفاظتی لایه محصولات خوردگی تشکیل شده روی سطح مناطق مختلف درز جوش به ریزساختار و ویژگی های مکانیکی زیرلایه فولادی وابسته است. بطور کلی با انجام عملیات حرارتی، رفتار حفاظتی لایه محصولات خوردگی در نواحی haz و wm بهبود می یابد، اما در منطقه bm افت می کند. تاثیر عملیات حرارتی بر بهبود رفتار حفاظتی لایه محصولات خوردگی در wm و haz را می توان به دگرگونی های ریزساختاری، حذف تنش های پسماند و کاهش نواقص شبکه در فولاد دانست. تصاویر sem مشخص ساخت که لایه محصولات خوردگی در نمونه های عملیات حرارتی نشده haz و wm ساختاری ناقص، غیر همگن همراه با تخلل و ترک دارد. با انجام عملیات حرارتی، لایه محصولات خوردگی تشکیل شده روی سطح haz و wm، متراکم، همگن و با نقایص کمتر دیده شد. نتایج آزمون سختی نشان داد عملیات حرارتی باعث یکنواخت شدن سختی در نواحی مختلف درز جوش فولاد api x70 می شود. نتایج آزمون کشش و سختی سنجی مشخص می سازد که عملیات حرارتی در شرایطی رفتار خوردگی درز جوش فولاد api x70 را بهبود می بخشد که ویژگی های مکانیکی نمونه عملیات حرارتی شده همچنان در محدوده معین شده از طرف استاندارد api 5l باقی می ماند.

ارزیابی مقدار چقرمگی شکست به عنوان مقاومت ماده در برابر شروع و گسترش ترک در درز جوش لوله های انتقال گاز برای مهندسین و طراحان به دلیل شرایط بحرانی منطقه جوش بسیار حائز اهمیت است. در تحقیق حاضر سعی بر آن است با روشی تجربی، انجام آزمون خمش سه نقطه ای بر اساس آزمون چند نمونه ای استاندارد astm و روش حل المان محدود به کمک نرم افزار abaqus تخمینی از چقرمگی شکست درز جوش مارپیچ لوله api x65 به عنوان یکی از پرمصرف ترین انواع لوله های انتقال گاز در ایران، برآورد شود. روش تجربی انجام شده در تحقیق حاضر شامل دو روش تعیین چقرمگی مواد نرم است. یک روش بر اساس محاسبه گشودگی بحرانی دهانه ترک (ctod) و روش دیگر محاسبه jic است. بر این اساس مقدار ctod برآوردشده mm 0.23 و مقدار kic معادل آن mpa?m 265 اندازه گیری می شود. همچنین jic مقدار kj/m2 302 و kic معادل آن mpa?m 289 محاسبه می شود. روش المان محدود نیز با استفاده از تئوری اصلاح شده گرسون (gtn) انجام می پذیرد. بدلیل وجود تنش پسماند در جوش، مقادیر چقرمگی شکست حاصل از داده های تجربی به طور قابل ملاحظه ای پایین تر از نرم افزار بدست می آید. این تفاوت با در نظر گرفتن ماهیت تنش پسماند کششی قابل توجیه است.

عمومیترین و باصرفه ترین روش شناخته شده انتقال نفت و گاز طبیعی از محل تولید به مصرف کننده نهایی در حجم بالا و به صورت بدون وقفه، استفاده از خطوط لوله قطور فولادی و شبکه های پرفشار انتقال می باشد. در فشارهای بالای کاری، ایمنی و بی نقص بودن سازه و مقاومت آن در مقابل رشد ترک، از اهمیت ویژه ای از نظر مهندسین طراح خط لوله انتقال گاز برخوردار است. به طور همزمان تقاضا برای لوله های فولادی دارای استحکام بالا همراه با چقرمگی مناسب، رو به افزایش است. این لوله ها تا قبل از دهه1970 با استفاده از فولادهای نورد گرم و نرمالیزه شده و پس از این زمان از فولادهای ترمومکانیکال ساخته می شوند. بخش وسیعی از خطوط لوله انتقال گاز در ایران از جنس فولاد api x70 می باشد که با استفاده از فرایند ترمومکانیکال تولید و بصورت لوله های به قطر 56 اینچ بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. لذا ضروری است مقاومت در برابر رشد ترک (خصوصاً تحت بارگذاری دینامیکی) به عنوان یکی از مهم ترین خواص مکانیکی، برای این فولاد بررسی و با استانداردهای خطوط انتقال گاز مقایسه شود. در تحقیق حاضر به منظور ارزیابی رفتار دینامیکی فولاد api x70 (فولاد پایه)، با استفاده از آزمون ضربه شارپی، اطلاعاتی نظیر انرژی شکست و درصد سطح شکست برشی در بازه دمایی گسترده بین دمای محیط و دماهای فوق سرد بدست آمده و با استاندارد api 5l (2007) مقایسه می گردد. همچنین منحنی تغییر رفتار نرم به ترد (منحنی انتقال) برای اولین بار در ایران بر اساس انرژی شکست، انبساط جانبی و سطح شکست برشی ترسیم و تطابق مدل وایبول برای دماهای رفتار کاملاً ترد و رفتار انتقال، بطور آماری بررسی و مقایسه می گردد. شکست نگاری نمونه ها با استفاده از عکس برداری الکترونی روبشی (sem) انجام و سطوح شکست نرم و ترد در دماهای مختلف بررسی و تحلیل می گردد.

جوشکاری زیر پودری از روش های مهم جوشکاری با نرخ رسوب بالا و کیفیت جوشکاری مناسب محسوب می شود که در جوشکاری ورق های ضخیم، مخصوصا جوشکاری لوله های قطور انتقال نفت و گاز و مخازن تحت فشار، کاربرد زیادی دارد. در این روش، تنظیم دقیق پارامترهای جوشکاری جهت نیل به جوشکاری با کیفیت بالا، از اهمیت زیادی برخوردار است. عموما تنظیم پارامترها به صورت سعی و خطا، با استفاده از مقادیر پیشنهادی سازندگان دستگاه و یا کتب فنی (مراجع جوشکاری) صورت می گیرد که روش دقیقی نمی باشد. در این تحقیق، جهت پیش بینی دقیق هندسه ی جوش، از مدل فازی استفاده شده است. بدین منظور، آزمایش های عملی در شرایط مختلف جوشکاری بر روی ورق فولادی لوله های انتقال گاز با گرید api x65 صورت گرفته است. در ادامه، تلاش شده است تا با بکارگیری سیستم بینایی پیشنهادی، اندازه گیری ابعاد هندسه ی جوش حاصل از فرآیند جوشکاری زیرپودری این ورق ها تسهیل گردیده و اندازه گیری این پارامترها با سرعت بیشتری همراه شود. در گام بعد و با استفاده از اندازه گیری های انجام شده در مرحله ی قبل، یک سیستم فازی جهت پیش بینی هندسه ی جوش در این فرآیند طراحی شده است که ورودی های آن جریان، ولتاژ و سرعت جوشکاری و خروجی های آن عمق نفوذ جوش، عرض و ارتفاع گرده ی جوش می باشد. در گام آخر نیز با استفاده از بهینه سازی چند هدفه و روش nsga-ii، پارامترهای کنترلی فرآیند جهت رسیدن به مقادیر بهینه-ی شاخص های انحنا و نفوذ جوش، بهینه سازی شده اند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که سیستم بینایی پیشنهادی، عملکرد مطلوبی در اندازه گیری هندسه ی جوش دارد. همچنین مدل فازی ارائه شده، می تواند با دقت مطلوبی هندسه ی گرده ی جوش را تخمین بزند و برای بکارگیری عملی در تنظیم پارامترهای جوشکاری خط تولید لوله های فولادی، مناسب است. در پایان نیز نتایج حاصل از پیاده سازی الگوریتم nsga-ii نشان می دهد که این الگوریتم، می تواند به طور موثر در بهینه سازی پارامترهای فرآیند جوشکاری بکارگرفته شود.

مطالعه فرایند جوشکاری و بررسی پدیده های به وقوع پیوسته در حین جوشکاری یکی از با اهمیت-ترین مواردی است که محققان را به سمت شبیه سازی فرایند جوشکاری و شناخت این پدیده ها سوق می دهد. موضوع تعیین مدل توزیع درجه حرارت مناسب حین جوشکاری زیرپودری لوله های قطور انتقال انرژی در این زمینه از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. با تعیین این مدل می توان نرخ سرد شدن نقاط مختلف درز جوش و به عبارتی سابقه حرارتی آن ها را تعیین نمود و با استفاده از سابقه حرارتی می توان تنشهای پسمانده را بدست آورد. هدف از تحقیق حاضر بررسی مدل توزیع درجه حرارت گلداک و کاربرد آن برای فولاد ترمومکانیکال از نوع api x65 می باشد که کاربرد فراوانی در شبکه های انتقال گاز طبیعی ایران دارد. در این تحقیق تحلیل اجزای محدود خطی ترمومکانیکال غیرکوپله از فرایند جوشکاری زیرپودری که بر روی ورق انجام شده، با رویکرد بررسی تاریخچه حرارتی و بررسی تنش های پسماند ناحیه جوش ارائه شده است. شبیه سازی دو بعدی و سه بعدی با استفاده از نرم افزار تجاری abaqus انجام شد. برای هر دو مدل دوبعدی و سه بعدی از زیر برنامه dflux جهت مدل منبع حرارت متحرک استفاده شده است. همچنین حل عددی با روش حجم محدود برای شبیه سازی حرارتی جوشکاری نوشته شده است. تاریخچه حرارتی که از حل تحلیلی با استفاده از fvm نوشته شده با مدل fem مقایسه شده و نتایج تنش های پسماند بدست آمده از مدل fem، از حل دوبعدی با حل سه بعدی مقایسه شده است. با تعیین تاریخچه گرمایی هر یک از المان ها و با توجه به نمودارهای سرمایش پیوسته ماده هرگونه تغییر فاز در ریزساختار ماده بر اساس زمان گرمایش و سرمایش برای المان های ناحیه جوش و ناحیه متأثر از حرارت جوشکاری بررسی شده است. به منظور اعتبار سنجی روش، مقایسه ای بین نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج حاصل از متالوگرافی انجام شده است. این مقایسه نشان دهنده مطابقت قابل قبول هندسه جوش واقعی با تحلیل عددی می باشد.

موضوع تعیین میدان های تغییر مکان، کرنش و تنش در مجاورت نوک ترک در مکانیک شکست از اهمیت خاصی برخوردار است. با شناخت میدان جابجایی و محاسبه کرنش در مجاورت نوک ترک می توان با استفاده از روابط تحلیلی مکانیک شکست، اطلاعاتی چون ضرایب شدت تنش در حالت های مختلف بارگذاری، چقرمگی شکست ماده و تنش در مجاورت نوک ترک را تعیین کرد. هدف از تحقیق حاضر ارائه الگوریتم هایی برای بررسی میدان تغییر مکان در نزدیکی نوک ترک و متعاقبا محاسبه میدان کرنش با استفاده از روش پردازش تصویر می باشد. پس از آماده سازی و برش اولیه نمونه های آزمایشگاهی mdcb (تیر دوسر گیردار اصلاح شده) از بدنه لوله، با استفاده از لیزر شبکه ای مرجع بر روی سطح نمونه ها ایجاد می شود. بارگذاری تحت شرایط حالت اول شکست و بصورت استاتیکی اعمال شده و در حین بارگذاری از مراحل رشد ترک در سطح نمونه فیلم برداری و عکس برداری می شود. با استفاده از الگوریتم های پردازش تصویر، موقعیت نوک ترک، زاویه گشودگی نوک ترک (ctoa) و نهایتا تغییرات پیوسته میدان تغییر مکان (دوبعدی) در سطح نمونه و در مجاورت نوک ترک، با کمک تصاویر تهیه شده در حین آزمون بررسی شده و نهایتا از این تغییرات، میدان کرنش استنتاج می شود. برای محاسبه کرنش، تغییرات شبکه مرجع بر سطح نمونه در فاصله مشخصی از نوک ترک نسبت به حالت اولیه اندازه گیری شده است. با توجه به جدید بودن نمونه آزمایشگاهی و روش محاسبه میدان های تغییر مکان نتایج حاصله می تواند مورد کاربرد محققان در آینده قرار گیرد.

چکیده دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب همواره یکی از چالش های اصلی کارخانجات فولاد سازی است. در این تحقیق ارتباط بین فرآیند ساخت، ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد api x65 بررسی شده است. ابتدا، فولادهای خط لوله، فرآیندهای ساخت این فولادها و پارامترهای موثر بر خواص مکانیکی نهایی معرفی و سپس، فرآیند ساخت لوله های درز جوش مارپیچ از فولاد api x65 ارائه شد. علاوه بر این، چگونگی ارزیابی خواص مکانیکی (استحکام، چقرمگی، سختی سطحی و قابلیت جوش-پذیری) لوله های انتقال گاز بررسی شد. نتایج مطالعات انجام شده با هدف مشخصه یابی فولاد api x65 تولید شده توسط شرکت پوسکوی کره جنوبی در گروه پژوهشی لوله و صنایع وابسته دانشگاه بیرجند ارائه و با استاندارد api مقایسه گردید. علاوه بر این، نتایج آنالیز شیمیایی، آزمون کشش، آزمون ضربه شارپی و آزمون سختی سنجی انجام شده بر روی 100 لوله درز جوش مارپیچ گرید x65 ساخته شده در مقیاس صنعتی ارائه شده است. از شبکه عصبی جهت بررسی اثر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی استفاده شده است. علاوه بر این، به کمک داده های آزمایشگاهی بدست آمده از مرور مقالات، از شبکه عصبی برای پیش بینی اثر ترکیب شیمیایی و پارامترهای عملیات ترمومکانیکی بر استحکام نهایی فولادهای خط لوله استفاده شده است. پدیده های متالورژیکی حین فرآیند نورد جهت طراحی عملیات ترمومکانیکی موثر برای دستیابی به ریزساختار و خواص مکانیکی مطلوب بررسی شد. رفتار تبلور مجدد فولادهای خط لوله بررسی و در نهایت رفتار کارگرم فولاد api x65 به روش آزمایشگاهی تعیین گردید. از آزمون دیلاتومتری و مشاهدات ریزساختاری به کمک میکروسکوپ نوری برای تعیین محدوده سرعت سردکردن مناسب برای دستیابی به فولاد api x65 استفاده شده است. در پایان از آزمون پیچش گرم برای شبیه سازی عملیات ترمومکانیکی فولاد مورد مطالعه استفاده شد. دماهای بحرانی عملیات ترمومکانیکی (شامل دمای عدم تبلور مجدد و دماهای شروع و پایان استحاله آستنیت) تعیین گردید. با توجه به دماهای بحرانی تعیین شده، نتایج حاصل از مرور منابع و نتایج آزمون دیلاتومتری و در نظر گرفتن پدیده های متالورژیکی حین کارگرم، پارامترهای عملیات ترمومکانیکی تولید فولاد api x65 تخمین زده شد. با متغیر در نظر گرفتن محدوده دمایی نورد پرداخت و سرعت سردکردن چهار نمونه فولاد مختلف تولید شد و اثر این دو مولفه بر ریزساختار و استحکام فولاد بررسی گردید. فولادهای تولید شده توسط متالوگرافی مشخصه یابی شدند و با تکرار چرخه های ترمومکانیکی آزمون-های پیچش گرم و انجام پیچش در دمای محیط، استحکام تسلیم فولادهای تولید شده تعیین گردید. در پایان، نتایج بدست آمده با نتایج مطالعات مشخصه یابی فولاد api x65 مقایسه شد و شرایط مناسب عملیات ترمومکانیکی برای تولید تجاری فولاد api x65 پیشنهاد گرید.

امروزه لوله های فولادی نقش عمده ای در صنعت انتقال گاز طبیعی دارند. وجود ترک های طولی، محیطی، شعاعی و یا ترکیبی از آنها در این لوله ها می تواند مشکل آفرین باشد. جهت بررسی ایمنی این لوله ها، از نمودارهای ارزیابی آسیب استفاده می شود. این نمودارها دارای سه سطح هستند که در هر سه سطح، ناحیه زیر منحنی ارزیابی آسیب، ناحیه مورد قبول (ایمن) و ناحیه خارج آن غیر قابل قبول (غیر ایمن) می باشند. در این تحقیق، بررسی بر روی لوله انتقال گاز (نوع api x65 که در خطوط انتقال انرژی ایران کاربرد گسترده ای دارد) انجام شد. در این پژوهش برای بررسی ایمنی لوله فولادی با ترک طولی، از نرم افزار آباکوس برای شبیه سازی ترک طولی استفاده گردید. به منظور بررسی عمق بحرانی ترک، لوله ای با طول ترک ثابت 150 میلی متر و عمق های 3، 5، 7، 8، 9، و 10 میلی متر و برای به دست آوردن طول بحرانی ترک، لوله ای با عمق ترک ثابت 8 میلی متر و طول های 100، 130، 160، 190، 220، و 250 میلی متر، در نظر گرفته شد. همچنین برای به دست آوردن فشار بحرانی، لوله ای با عمق ترک ثابت 8 میلی متر و طول ترک ثابت 150 میلی متر، در فشارهای 4، 5، 6، 7، 8 و 8/5 مگاپاسکال مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت برای مقایسه تاثیر ترک طولی داخلی و خارجی بر ایمنی لوله فولادی انتقال گاز، دو نوع ترک طولی داخلی و خارجی، با طول ثابت 150 میلی متر و عمق های 7، 8، 9 و 10 میلی متر در فشار یکسان مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج تحقیق حاضر نشان داد، در شرایط داده شده، عمق بحرانی ترک 9 میلی متر، طول بحرانی 220 میلی متر و فشار بحرانی 8 مگاپاسکال می باشد. همچنین مشخص شد، برای هر هندسه مشخص، ترک های داخلی و خارجی، به یک اندازه خطرناک می باشند.

یکی از اهداف مهم در آزمون ضربه سقوطی بدست آوردن مقدار انرژی شکست به منظور ارزیابی بهتر خواص فولاد مورد نظر می باشد. در این تحقیق به بررسی سیگنال شتاب در آزمون ضربه سقوطی و شبیه سازی کامپیوتری این آزمون در نرم افزار آباکوس پرداخته شد. آزمون ضربه سقوطی مشابه آزمایش خمش سه نقطه ای می باشد، با این تفاوت که سرعت ضربه بسیار بالا است. نمونه مورد بررسی در این آزمایش فولاد api x65 از نوع شیاردار لبه ای با سطح مقطع مستطیلی می باشد. با استفاده از آزمون تجربی صورت گرفته بر روی این نمونه و با بکارگیری شتاب سنج (نصب شده در چکش دستگاه) مقدار ولتاژ برحسب زمان به صورت سیگنال گسسته بدست آمد. در ادامه با استفاده از تبدیل فوریه اطلاعات از حوزه زمان به حوزه فرکانس برده شد. در حوزه فرکانس با استفاده از فیلترهای مناسب و با در نظر گرفتن فرکانس طبیعی نمونه شیاردار، داده ها طوری فیلتر شدند که اطلاعات پایه ای مسئله از بین نرود. بعد از فیلترکردن، داده ها مجددا از حوزه فرکانس به حوزه زمان برگردانده شدند. در نهایت با استفاده از روش های انتگرال گیری منحنی های نیرو و تغییرمکان بر حسب زمان ترسیم گردید. با در دست داشتن این دو منحنی برحسب زمان منحنی نیرو-تغییرمکان که هدف اصلی این پایان نامه می باشد، بدست آمد. با محاسبه سطح زیر این منحنی مقدار انرژی شکست محاسبه گردید. در بخش شبیه سازی هندسه نمونه در نرم افزار آباکوس به صورت دوبعدی مدل شد. سپس با تعریف خواص مکانیکی فولاد api x65 و ضرایب مدل آسیب گرسون مسئله تحلیل گردید. در انتها با رسم منحنی نیرو-تغییرمکان مقدار انرژی شکست محاسبه و با نتایج آزمایش های مشابه مقایسه شد. مقایسه این نتایج تطابق مناسبی با آزمایش های مشابه صورت گرفته و همین طور داده های تجربی دارد.

کشور ایران با دارا بودن 18 درصد ذخایر گاز طبیعی جهان در رتبه اول جهانی دارندگان این منبع الهی می باشد. پس با توجه به این امر، طراحی امن برای انتقال گاز طبیعی از طریق خطوط لوله فولادی در شرایط کاری متفاوت و اطلاع کامل از خواص این نوع فولاد ها ضروری به نظر می رسد. از طرفی فرا?ند جوشکاری ا?ن لولهها به? ?عنوان ?ک? از مهمتر?ن مراحل تول?د مورد توجه قرار دارد. جوشکاری ز?رپودری ?ک? از فرا?ندهای? ?پرکاربرد در اتصال لولههای انتقال گاز م?باشد. در این روش جوشکاری، تنظیم دقیق پارامترهای جوشکاری (سرعت، شدت جریان و ولتاژ) جهت نیل به جوشکاری با کیفیت بالا، از اهمیت زیادی برخوردار است. در تحقیق حاضر تاثیر پارامتر های جوشکاری زیر پودری بر ریز ساختار، سختی و انرژی شکست ناحیه جوش فولاد api x65 مورد ارزیابی قرارگرفت. به این منظور ابتدا تعداد 50 ورق فولادی از جنس x65 api که بر روی این ورق ها جوشکاری زیر پودری با سرعت، شدت جریان و ولتاژ متفاوت انجام شده بود، آماده سازی شد. سپس ریز ساختار ناحیه جوش فولاد با استفاده از میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت و آزمون های مکانیکی ضربه و سختی در ناحیه جوش فولاد انجام شد. پس از آن، از داده های آزمایشگاهی برای توسعه شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد و عملکرد شبکه عصبی توسعه داده شده بوسیله معیارهای آماری ضریب همبستگی و خطای نسبی میانگین ارزیابی شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تغییرات پارامترهای جوشکاری (ایجاد گرمای ورودی متفاوت) تاثیر قابل ملاحظه-ای بر ریز ساختار، سختی و انرژی شکست دارد به طوری که افزایش گرمای ورودی جوشکاری باعث افزایش اندازه دانه فریت سوزنی، افزایش انرژی شکست و کاهش سختی می شود. همچنین، انطباق قابل قبولی بین نتایج شبکه عصبی و نتایج تجربی مشاهده شد.??????????

کشورمان با دارا بودن 16درصد ذخائر گاز طبیعی جهان در رتبه دوم جهانی دارندگان این منبع الهی بعد از روسیه میباشد. از طرفی مزایای گاز طبیعی از جمله ارزانی نسبت به نفت و کمتر آلوده کردن محیط زیست و از طرف دیگر نیاز روز افزون بشر به انرژی، باعث جهتگیری بشر برای استفاده از گاز طبیعی شده است بطوریکه مصرف جهانی گاز در دو دهه اخیر به بیش از دو برابر رسیده است. با توجه به موارد ذکر شده باید به دنبال روشهایی کاملاً اقتصادی برای صادرات گاز طبیعی باشیم. دو روش عمده مورد استفاده در کشور، انتقال از طریق خطوط لوله و در دورنما از سال 1394 تبدیل آن به lng و صادرات آن از طریق حمل با کشتی به مناطق دور دست می باشد. با توجه به ضرورت طراحی امن برای انتقال گاز طبیعی از طریق خطوط لوله فولادی در شرایط کاری، اطلاع کامل از خواص این نوع فولادها ضروری به نظر رسیده و طراحی آنها در برابر رشد احتمالی ترک تحت بارگذاری امری مهم و ضروری است. خطوط لوله انتقال گاز در کشورمان عموماًًًًًً از نوع api x65 و api x70 می باشند که فولاد آنها توسط روشهای ترمومکانیکال بهمراه میکروآلیاژسازی صنعتی تولید می شوند؛ از طرفی ثابت شده است که معیار طراحی بر اساس انرژی شکست شارپی برای اینگونه فولادها مناسب نبوده و نیاز به ضرایب تصحیح در طراحی بین 4/1 تا 7/1 است. بر این اساس استفاده از آزمون ضربه سقوطی جهت کنترل شکست در لوله ها مطرح شده و نتایج مثبتی در تست های آزمایشگاهی و میدانی داشته است. در تحقیق حاضر ابتدا به کاربردهای این آزمایش در طراحی خطوط پرفشار انتقال گاز اشاره شده و پس از آن نحوه انجام و استانداردهای مربوط به این آزمایش تشریح می گردد. در ادامه و پس از انجام این تست روی فولاد api x65، ریزساختار این فولاد در سه صفحه و سطح شکست به طور کامل بررسی می شود. سطح شکست نمونه تست شده از این فولاد در دمای صفر درجه سانتیگراد با استفاده از عکس برداری به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) ارائه می گردد. بررسی سطح شکست فولاد api x65 تحت آزمون ضربه سقوطی با استفاده از عکس برداری به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی همچنین بررسی ریزساختار این فولاد در سه صفحه با استفاده از عکسبرداری به وسیله میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای اولین بار در ایران ارائه می گردد و اطلاعات جامع و کاملی را درمورد این فولاد در اختیار قرار می دهد.

در تحقیق حاضر مقایسه سطح شکست خستگی فولاد پایه و درز جوش فولاد ترمومکانیکال api x65 انجام شد. برای این منظور قطعه ای فولادی از یک لوله واقعی انتقال گاز جدا شده و سپس با استفاده از ماشین کاری، پانزده نمونه فولاد پایه و یک نمونه از درز جوش مارپیچ با ابعاد مورد نظر تهیه و تحت آزمون خستگی قرار گرفت. با توجه به بار (تنش) اعمالی در انتهای نمونه ها و تعداد سیکل تا لحظه شکست (حاصل از آزمون خستگی نمونه ها) و عبور رگرسیون توانی از داده های آزمایشگاهی، منحنی تنش – عمر این فولاد رسم شد و حد دوام این فولاد به دست آمد. نتایج تحقیق نشان می دهد که حد دوام فولاد پایه api x65 در محدوده 188-176 مگاپاسکال قرار دارد. پس از آن، سطح شکست یک نمونه فولاد پایه و یک نمونه فلز جوش که تحت بار وارده و تنش یکسان در اثر آزمون خستگی دچار شکست شده بودند با استفاده از میکروسکوپ الکترونی بررسی گردید. در مقایسه سطوح شکست، در فولاد پایه همواری و صافی ناحیه شکست نرم بیشتر از فلز جوش است. ناحیه شکست نرم فولاد پایه در حدود 65 درصد سطح کلی شکست بوده اما در فلز جوش این ناحیه حدود 75 درصد است.

بارحدی مخازن که همان ظرفیت آن ها در تحمل بارهای مختلف فشاری، کششی، خمشی و یا ترکیبی از آنها می باشد، نقش تعیین کنندهای در ارزیابی کارایی مخازن دارد. تأثیر این عامل در مخازن ترک دار بسیار برجسته تر می باشد. از سال 1982 تا سال 2014، بررسی بارحدی مخازن و لوله های جداره ضخیم همواره یکی از موضوعات مورد علاقه محققان بوده است. یکی از روش های ساخت این مخازن، استفاده از فرایند جوشکاری است که این فرایند در اکثر موارد مخرب است، زیرا میدان های ترکیبی تنش پسماند، در سازه ایجاد می نماید. بدین منظور نیاز به بررسی و در نظر گرفتن دو عامل ترک و تنش پسماند، در ملاحظات طراحی و ارزیابی یکپارچگی ساختاری سازه های مکانیکی، احساس میشود.