فرایند جوشکاری یکی از فرآیندهای پرکاربرد در صنایع مختلف می باشد. این فرآیند به منظور ایجاد یک اتصال دائمی، تقریبا در تمامی صنایع استفاده می گردد. به دلیل کاربرد فراوان این فرآیند، انواع مختلف جوشکاری ابداع و مورد استفاده قرار گرفته است. جوشکاری ذوبی یکی از انواع جوشکاری ها می باشد. یکی از مهمترین پیامدهای به وجود آمده در حین جوشکاری ذوبی، اعوجاج و تغییر ساختار فلز (سازه) جوشکاری شده می باشد که این پیامد را عموماً به وجود تنش پسماند حاصل از جوشکاری ارتباط می دهند. در این پایان نامه هدف ارزیابی تنش های پسماند حاصل از جوشکاری در به وجود آوردن ترک در لاینر یک توربین گاز زمینی می باشد. بدین منظور فرآیند جوشکاری در محیط آزمایشگاهی تکرار گردید. به طور عددی نیز به روش اجزاء محدود شبیه سازی شده است. در آزمایش جوشکاری پارامترهای جوشکاری مانند ولتاژ، آمپراژ و سرعت جوشکاری به دقت اندازه گیری شده است. همچنین دمای به وجود آمده در قطعات توسط ترموکوپل های متصل به آن ها اندازه گیری شده اند. پس از اتمام فرآیند جوشکاری، تنش های پسماند به وجود آمده به روش سوراخ کاری مته ای اندازه گیری شده اند. مدل سازی عددی به صورت کوپل غیرمستقیم حرارتی- تنشی انجام گردید. ابتدا مدل حرارتی ایجاد گردید و نتایج آن به عنوان ورودی برای مرحله ی تنشی استفاده شده است. در ادامه قطعات جوشکاری شده در دمای مشابه دمای کاری قرار گرفت و تنش های آن مجدداً اندازه گیری گردید تا اثر دما بر آزادسازی تنش ها بررسی گردد.

تست های خستگی نمونه های جوشی مبنای کد ها و استاندارد های پایه برای طراحی خستگی سازه های جوشی هستند. این تست ها علاوه بر کاربرد عمومی می توانند برای بررسی صحت یک طراحی خاص نیز استفاده شوند. تست های خستگی بر روی نمونه های جوش لب به لب آلومینیم almg6 با ضخامت های 2 و 5 میلیمتر انجام شده است و نمودار تنش-عمر در دیدگاه های تنش اسمی، تنش نقطه داغ ساختاری و تنش ناچ بدست آورده شده است. همچنین نتایج با کد طراحی iiw مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که اثر ضخامت در نمونه های جوشی با ضخامت های کمتر از ضخامت مرجع کدهای طراحی نیز وجود دارد. اثر کاهش ضخامت در افزایش استحکام خستگی به وضوح در مورد اتصالات 2 میلیمتری وجود دارد. همچنین مقدار شیب خط نمودارهای طراحی تنش-عمر برای ضخامت های کمتر از 5 میلیمتر با ضخامت های بیشتر از 5 میلیمتر متفاوت می باشد. مقدار m در رابطه تنش-عمر متعارف، برای ضخامت 2 میلیمتر 4/7 می باشد در حالی که این مقدار در کد iiw برای تمامی ضخامت ها 3 فرض شده است. استفاده از مقدار 3 در محدوده عمرهای 10000 تا یک میلیون سیکل می تواند باعث نتایج غیر محافظه کارانه گردد. در ضخامت 5 میلیمتر مقدار m =3 مقداری قابل قبول می باشد. در طراحی اتصالات جوشی بر مبنای کد iiw، توجه دقیق به نوع اتصال ارائه شده ضروری می باشد. استحکام خستگی بدست آمده برای ضخامت 5 میلیمتر کمتر از استحکام خستگی ارائه شده در کدها برای اتصالات جوش لب به لب می باشد که این امر ناشی از تفاوت هندسه موضعی جوش در اتصالات مورد بررسی در این پژوهش (اتصال جوش لب به لب یک طرفه و دارای نقص نفوذ اضافی با شعاع ناچ کوچک در پای جوش) و اتصالات جوش لب به لب با جوش دو طرفه (شعاع ناچ بزرگ تر و تمرکز تنش کمتر در پای جوش) که مبنای مقادیر ارائه شده در iiw برای دیدگاه تنش نقطه داغ ساختاری و تنش ناچ هستند می باشد.

ایجاد ترک گرم یک مشکل اساسی در حین جوشکاری فولادهای زنگ نزن آستنیتی به ویژه فولادهای تماماً آستنیتی و پایدار شده است. ترک گرم در جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی به دلیل تشکیل ترکیبات یوتکتیکی نقطه ذوب پایین شامل ناخالصی هایی مانند گوگرد و فسفر در حضور تنش های حرارتی و انقباضی، به وجود می آید. در این تحقیق با جوشکاری فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 با الکترودهای e308-h، e310، e347 و enicrfe-3و فیلرهای er308-h، er310، er316، er347و ernicr-3، با استفاده از آزمون وایرسترینت در کرنش 2 درصد، به بررسی ترک گرم در جوش پرداخته شد. نتایج نشان داد که ریزساختارهای منجمد شده به صورت فریتی-آستنیتی، حساسیت کمتری نسبت به ترک گرم دارند. در میان مواد مصرفی براساس معیار کل طول ترک و ماکزیمم طول ترک، دو الکترود e308-h و e347 و دو فیلر er308-h و er347کمترین حساسیت را به ترک گرم داشتند. همچنین نتایج حاصل از متالوگرافی و فریت اسکوپی نشان داد که نمودار wrc-1992، یک نمودار مفید برای پیش بینی ریزساختار و عدد فریت جوش فولاد زنگ-نزن آستنیتی است. حساسیت به ترک گرم در جوشکاری دو پاس فولاد زنگ نزن 321 نیز با دو فیلر er308-h و er347 بررسی شد. نتایج حاصل از فریت اسکوپی نشان داد که حرارت پاس دوم موجب انحلال نسبی فریت در پاس اول شده است، در حالی که این پاس همچنان مقاوم به ترک خوردن گرم است.

با توجه به اهمیت و نقش انرژی در رفاه، آسایش و زندگی عصر حاضر و همچنین وجود منابع عظیم سوخت¬های فسیلی در اعماق دریاها، اهمیت سکوهای حفاری مناسب از جمله سکوی نیمه¬شناور مبرهن و آشکار می¬گردد. یکی از آنالیزهای مهمی که باید در طراحی سازه¬های دریایی مورد بررسی قرار ¬گیرد، تحلیل خستگی قطعات آن سازه می¬باشد. وجود بارهای تناوبی امواج، جریانات دریایی و باد در محیط دریا موجب بروز پدیده خستگی در سکوهای دریایی می¬شود. معمولا خستگی در جوش اتصالات یکی از عوامل مهم و شایع واماندگی سازه¬های دریایی می¬باشد. به علت وجود تمرکز تنش بالا در محل جوش اتصالات، بروز چنین رفتاری قابل توجیح است. در این پایان¬نامه ابتدا اتصال مهارکننده به ستون در نرم افزار abaqus و با در نظر گرفتن پیشنهادات استاندارد dnv مدل می¬گردد. اتصال تحت نیروها و لنگرها در جهات مختلف تحلیل و ضرایب تاثیر بار برای بارگذاری¬های مختلف ارائه می¬گردد. با ترکیب این ضرایب با تاریخچه نیروها و لنگرها، تاریخچه میدان تنش برای 8 حالت موج بدست می¬آید. برای صحت سنجی مدل و روند کار از تحقیق انجام شده بر روی سکوی نیمه¬شناور توربین بادی در دریای شمال استفاده می¬شود. پس از تعیین میدان تنش اتصال، به تحلیل خستگی آن پرداخته می¬شود. از آنجاکه نیروهای امواج باعث ایجاد تنش¬های چند محوره در قسمت جوش می¬شوند، ابتدا 4 روش پیش¬بینی عمر خستگی چند محوره شامل 1) روش بیشینه بازه تنش اصلی، 2) مدل سینس، 3) نمودار اصلاح شده وهلر و 4) مدل فیندلی با نتایج آزمایشگاهی یک اتصال ورق-لوله موجود در مراجع مقایسه می¬شوند. سپس با توجه به کمتر بودن جذر میانگین مربعات خطا برای مدل فیندلی، از این روش برای تحلیل خستگی اتصال مهارکننده به ستون نیز استفاده می¬گردد. از آنجاکه پیچیدگی نیروهای موج باعث ایجاد تنش با دامنه¬های متغیر می¬شود، از روش شمارش چرخه جریان بارانی و تجمع آسیب پالمگرن-ماینر استفاده می¬شود. به منظور انجام محاسبات از جمله تحلیل خستگی چند محوره و شمارش چرخه جریان بارانی یک کد در نرم افزار متلب ارائه و محاسبات به کمک این کد انجام می¬گیرد. در نهایت عمر اتصال، 23 سال پیش¬بینی می¬شود. کلمات کلیدی: سکوی حفاری نیمه¬شناور، اتصالات لوله¬ای، خستگی چند محوره، خستگی اتصالات جوشی، مدل فیندلی، عمر.

در این پایان نامه دو فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای مورد بررسی عددی و تجربی قرار گرفته اند. فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است و از طریق ایجاد یک مدل اجزاء محدود، انتقال حرارت و توزیع تنش در این فرآیند بررسی شده است و نتایج به دست آمده با نتایج موجود در مراجع مقایسه شده است. در بررسی فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای نیز ابتدا با استفاده از آزمون های اندازه گیری دما، اثر دو متغیر سرعت دورانی و عمودی ابزار بر روی تولید حرارت بررسی شده است. سپس با استفاده از یک مدل اجزاء محدود فرآیند به صورت عددی نیز بررسی شده است و توزیع دما و تنش به دست آمده است.