دانشنامه تخصصی مهندسی ایران

دانشنامه تخصصی مهندسی ایران

 engpedia   راه اندازی کانال تلگرام ( EngPedia_ir@ )

                همراه با مطالب ویژه سایت بصورت رایگان

  • نسخه ۱۲.۱ نرم افزار Aveva Marine در سایت قرار گرفت. (اینجا)
  • نسخه ۱۰.۵۲ نرم افزار Plus 2D در سایت قرار گرفت. (اینجا)
  • نسخه ۱۱.۰ نرم افزار AGI Systems Tool Kit-STK در سایت قرار گرفت.(اینجا)

همکاران

خواص مواد و تست های مخرب

مدیریت مرداد ۲۶, ۱۳۹۲ 8051 بازدید ۰دیدگاه

در دنیای امروز هزاران نوع از فلزات در خدمت صنایع ساخته می باشد که در دو نوع مواد اصلی و مواد پرکننده (filler) قابل دسترسی است. از این نوع انتخاب، مهندسان مواد و طراحان قادرند تا بهترین و مناسب ترین نوع فلز را برای کار خود بر گزینند. این مواد نه تنها در ساختار خود با یکدیگر فرق می کنند، بلکه در نوع روش که تولید شده اند نیز با یکدیگر متفاوت اند. در کشور ایالت متحده، سازمان های مختلفی است که این استانداردها را نگه داری می نمایند، مثل ASTM، ASME و AWS. به علاوه استانداردهای مواد مختلفی از کشورهای دیگری مثل ژاپن و کشورهای اروپایی موجود می باشد. یکی از وظایف بازرسی جوش، بررسی مطالبی راجع به خواص واقعی مواد و مواد پرکننده می باشد. هدف این بخش توضیح برخی از این خواص شیمیایی و مکانیکی است تا آن جایی که به بازرس جوش مربوط می گردد. برای اکثر قطعات، بازرس بایستی اطلاعات اضافی را راجع به این خواص مواد داشته باشد. این اطلاعات اضافه می تواند به جلوگیری از برخی مشکلاتی که ممکن است در حین فرآیند جوشکاری پیش آید کمک نماید. از آنجایی که آرایش متالورژیکی فلز خواص آن فلز را تعریف می کند، نشان می دهد که تغییرات متالورژیکی مختلف یک قطعه چگونه می تواند باعث تغییر در خواص ماده گردد. بسته به خواص مکانیکی و شیمیایی مواد، تکنیک های ساخت مخصوص و ویژه ای، جهت جلوگیری از خفیف شدن برخی خصوصیات ماده لازم می باشد. پیش گرم کردن و سپس گرم کردن مواردی هستند. که گاهی برای نگه داشتن برخی خصوصیات ماده به کار می روند. برای فولاد کوئنچ شده و تمپر شده، از بازرس انتظار می رود تا میزان گرمای اولیه داده شده به فلز را برای جلوگیری از تغییر در خواص ماده در اثر بالا رفتن بیش از حد دمای قطعه بررسی و کنترل نماید. در این مثال ها، وظیفه بازرس شامل دانستن خواص کلی ماده نمی باشد. به هر حال بررسی اساسی و موثر، می تواند از بروز مشکلاتی که به وسیله تغییر در خواص مورد انتظار ماده به وجود می آید مثل گرمای زیاد و بیش از حد و دمای بسیار پایین، جلوگیری نماید.

 خواص مکانیکی مواد:

برخی از مهمترین خواص مکانیکی مواد اکنون بررسی خواهد شد. این مبحث به بررسی پنج دسته از خواص مواد محدود می گردد. ۱- استقامت ۲-چکش خواری. ۳- سختی. ۴- چقرمگی . ۵- استحکام خستگی.

استقامت: استحکام یا استقامت به این شکل تعریف می گردد « توانایی مقاومت ماده در مقابل بارگذاری به کار رفته». انواع زیادی از مقاومت وجود دارد که هر یک وابسته به این می باشند که بارگذاری به کار رفته چگونه می باشد. مقاومت کششی استحکام برشی، استحکام پیچشی. استحکام ضربه ای و استحکام خستگی. استحکام کششی یک فلز میزان مقاومت ماده در مقابل شکست هنگامی که تحت کشش یا فشار قرار گرفته است می باشد. از آنجایی که مواد بیشتر تحت بارهای عمودی قرار می گیرند، این نوع خاصیت ماده مهمترین خاصیتی است که از ماده انتظار می رود. هنگامی که مشخصات یک ماده معلوم و آزمایش شد، استحکام کششی به دو نوع مختلف بیان می شود. یکی بر اساس استحکام نهایی و دیگری به معنای استحکام تسلیم. هر دوی آنها به جنبه های مختلف رفتاری مواد بر می گردند. مقاومت نهایی کششی (UTS) (گاهی برای سادگی با نام استحکام کششی نیز نامیده می شود) به میزان ماگزیمم باری گفته می شود که توسط قطعه تحمل می شود و یا نقطه ای که استحکام ماده حین شکست از خود نشان می دهد. برای توضیح دادن استحکام تسلیم، ابتدا بایستی فهمید که معنای رفتار الاستیستیه مواد چه می باشد. رفتار الاستیک مواد به میزان جا به جایی یک فلز بدون تغییرات همیشگی در آن بعد از برداشتن بار بر می گردد. رفتار الاستیکی مواد را می توان با یک مثال آشنا بررسی کرد. باند لاستیکی یکی از مواد الاستیکی است. این ماده هنگامی که تحت بار قرار می گیرد کش می آید و هنگامی که بار برداشته می شود به شکل اولیه خود باز می گردد. هنگامی که فلزی در محدودۀ الاستیک خود بارگذاری می شود، با تعدادی کش آمدن یا به عبارتی تغییر شکل مواجه می گردد. در این محدوده الاستیک، میزان تغییر شکل با بار به کار رفته متناسب می باشد، بنابراین رفتار الاستیکی مواد خطی می باشد. وقتی که یک ماده از خود رفتار الاستیکی نشان می دهد، می تواند در حین بارگذاری به یک نقطه ای برسد و هنگامی که بار برداشته شد به میزان اولیه خود باز گردد. این تغییر شکل یا تغییر طول همیشگی نمی باشد.

 اگر ماده ای تحت تنشی بیشتر از میزان الاستیک خود قرار گیرد، دیگر از خود رفتار الاستیکی نشان نمی دهد. اکنون دیگر این رفتار، پلاستیک نامیده می شود که یعنی تغییر شکل ایجاد شده همیشگی است. همچنین معنی دیگر آن این است که دیگر روابط تنش – کرنش خطی نیست. هنگامی که تغییر شکل پلاستیک روی می دهد. پس از باربرداری از روی قطعه دیگر به میزان واقعی خود باز نمی گردد.

نقطه ای که در آن رفتار ماده از الاستیک به پلاستیک بر می گردد به عنوان نقطه تسلیم معروف است. استحکام تسلیم، میزان مقاومتی از ماده است که در آن رفتار ماده از الاستیک به پلاستیک باز می گردد. این میزان، بسیار مهم می باشد زیرا بسیاری از طراحان از این مقدار برای طراحی بیشترین بار به کار رفته در یک سازه استفاده می کنند. این بسیار مهمم است زیرا ممکن است سازه در اثر تغییر شکل همیشگی بدون مصرف گردد. هر دو مقاومت کششی نهایی و مقاومت تسلیم به طور معمول توسط آزمون کشش شناخته می گردد. میزان بار در هر سطح مقطع از قطعه به عنوان تنش که دارای واحد پوند بر اینچ مربع می باشد، شناخته می گردد. قطعه تا حد شکست بارگذاری می گردد و در این هنگام می توان میزان تحمل بار بر حسب پوند بر اینچ مربع یا (psi) را تعیین نمود. مثال زیر نشان می دهد که این روابط چگونه در یک ماده به کار می روند: استحکام کششی در آزمون کشش ۶۰۰۰۰ psi می باشد. میزان باری که این قطعه می تواند تحمل کند حاصل ضرب ۶۰۰۰۰ در سطح مقطع قطعه می باشد. وقتی که طراح از میزان استحکام کششی یک ماده مشخص، با اطلاع باشد، قادر است تعیین کند که چه میزان از سطح مقطع ماده برای تحمل بار داده شده مطلوب است. آزمون کشش یک اندازه مستقیم از استحکام ماده به دست می دهد. همچنین ممکن است تا یک اندازۀ غیر مستقیم از استحکام با استفاده از تست سختی بدست آورد. برای فولاد کربنی، یک رابطه مستقیم بین استحکام کششی و سختی وجود دارد. و آن این است که اگر سختی افزایش یابد میزان استحکام کششی آن نیز بالا می رود و بر عکس هنوز هم آزمون کشش یک میزان واقعی از استحکام کششی را به دست می دهد. اما راحت تر است که با اندازه گیری تست سختی به میزان تقریبی استحکام کششی دست یافت. این شرایط، وقتی تغییر می نمایند می توانند خواص مکانیکی ماده را عوض کنند اگر چه ممکن است ماده دارای ساختار شیمیایی مشابهی باشد. دمای ماده نیز تاثیر به سزایی بر روی استحکام دارد. هر چه دما افزایش یابد، استحکام ماده کاهش می یابد. هر چه دمای بارگذاری ماده بیشتر شود، طراح بایستی توجه داشته باشد که تاثیر دما بر روی مقاومت قطعه چگونه است. دما همچنین بر روی ضربه پذیری قطعه مهم است. موضوعی که در ادامه مورد بحث قرار می گیرد.

ضربه پذیری: ضربه پذیری میزان توانایی ماده در مقابل تغییر شکل یا کش آمدن، تحت بار بدون شکست می باشد. هر چه ماده ضربه پذیرتر باشد، می تواند به میزان بیشتری قبل از شکست کش آید. ضربه پذیری یکی از مهمترین خواص یک فلز است زیرا می تواند تعیین کند که آیا ماده به طور ناگهانی می شکند و یا به تدریج دچار شکست می گردد.

اگر فلزی از خود ضربه پذیری زیادی نشان دهد، به آرامی دچار شکست می گردد. فلز چکش خوار قبل از شکست خم خواهد شد که نشان دهنده این است که نقطه تسلیم فلز مقداری افزایش یافته است. موادی که ضربه پذیری کمی دارند به طور ناگهانی می شکنند و بدون این که هیچ اخطاری بدهند. ضربه پذیری یک فلز رابطه مستقیمی با دما دارد. هر چه دما افزایش یابد، ضربه پذیری فولاد نیز بیشتر می گردد و هر چه دما کاهش یابد ضربه پذیری کمتر می گردد. ممکن است یک فلز در دمای اتاق رفتار ضربه پذیری از خود نشان دهد ولی همان فلز در زیر صفر، رفتاری شکننده دارد. موادی که دارای ضربه پذیری زیادی می باشند به عنوان مواد لاکتیل شناسایی می گردند و وقتی که فلزی ضربه پذیر نمی باشد به عنوان فلز ترد شناخته می گردد. مواد ترد تعداد بسیار کمی تغییر طول دارند و یا اصلاً دارای تغییر فرم نمی باشند. شیشه مثال خوبی برای معرفی این دسته مواد می باشد. از جمله دیگر مواد ترد می توان به چدن اشاره کرد. مخصوصاً چدن سفید، تفاوت های مواد ترد و مواد ضربه پذیر درست در مقابل یکدیگر قرار دارند.

 مثال واضحی از این پدیده می تواند سفت کردن سیم های فولادی که از آنها برای ساخت پل های کابلی استفاده می گردد، باشد به دلیل این که ساختن بسیار دقیق آنها ممکن نمی باشد مجبوریم تا از مواد ضربه پذیر و لاکتیل استفاده نماییم. وقتی که پل تحت بارگذاری قرار می گیرد. این کابلها به سرعت تحت بار قرار گرفته و سپس بار در همه کابلها پخش می گردد.

 ضربه پذیری یکی از خاصیت های بسیار مهم یک فلز می باشد که بایستی قابلیت فرم دهی را داشته باشد. برای مثال فلزی که در بدنه یک اتومبیل به کار می رود بایستی دارای این قابلیت باشد تا بتوان آن را به راحتی به شکلهای مختلف در آورد. یکی از جنبه های مهمی که با ضربه پذیری در ارتباط می باشد و همچنین با مقاومت نیز مرتبط است، تفاوت در میزان اندازه در مقابل جهتی است که بارگذاری انجام می گیرد البته با در نظر گرفتن جهت نورد فلز حین فرآیند ساخت مواد یا فلزات نورد شده دارای خواص مختلفی در جهات گوناگون می باشند. نورد باعث می شود که دانه ها یا کریستالها در جهت نورد دارای تغییر طول بیشتری گردند تا اینکه لانه ها در جهت های مخالف کشیده شوند. نتیجه این است که میزان استحکام ماده در جهت نورد دارای مقدار بیشتری از جهات دیگر می باشد. در جهت های مخالف دیگر ممکن است تا استحکام ماده در حدود ۳۰% کاهش یابد و همچنین ضربه پذیری تا ۵۰% کم شود. در جهت ضخامت قطعه یا ورق استحکام و ضربه پذیری نیز کم است. برای برخی فولادها، ضربه پذیری در این جهت خیلی پایین می باشد. هر سه این جهات گفته شده در بالا با حرفی برای مشخص شدن نشان داده می گردند. جهت نورد را با حرف x نمایش می دهیم. جهت معکوس آن را با y نمایش می دهیم. و z بیان گر جهت ضخامت قطعه می باشد. ممکن است شما تا کنون ملاحظه کرده باشید که یک ورق جوش داده شده تحت آزمایش چگونه برای بررسی میزان توانایی های جوشکار به کار گرفته می شود. این امر نتیجه این است که جهت نورد ورق با محور جوش موازی است. اگر چه ممکن است ورق خواص بسیار خوبی را در جهت نورد نمایش دهد اما ممکن است بارگذاری در هر یک از جهات دیگر باعث شکست زودرس گردد. ضربه پذیری ماده یا فلز به طور معمول توسط آزمایش کشش، هنگامی که استحکام ماده اندازه گیری شده مشخص می گردد. ضربه پذیری، معمولاً به دو طریق نمایش داده می شود. درصد تغییر طول و درصد تغییر مساحت قطعه.

  سختی: سختی یکی از خواص مکانیکی است که معمولاً و به آسانی اندازه گیری می شود و به صورت مقاومت ماده در مقابل نفوذ یک شی یا در مقابل دندانه شدن تعریف می گردد. قبلاً گفته شد که سختی و استحکام به صورت مستقیم با کربن موجود در فولاد در ارتباطند. سختی با افزایش استحکام کششی بیشتر می گردد و بر عکس بنابراین اگر میزان سختی یک فلز معلوم باشد، قادریم تا میزان استحکام کششی آن را تخمین بزنیم. مخصوصاً برای فولادهای کربنی و فولادهای کم آلیاژی این امر بسیار در تخمین میزان استحکام یک فلز بدون آماده کردن و انجام دادن تست کشش مفید و موثر می باشد. سختی یک فلز را می توان به طرق مختلفی تخمین زد. به هر حال، روشهای مرسوم شامل به کارگیری یک نافذ است که با یک نیروی خاص بر روی سطح یک فلز کشیده می شود. گوناگونی و اختلاف در روشهای موجود این است که آنها در نوع نافذ به کار رفته و میزان نیروی به کار رفته تفاوت دارند. سختی فلز به عنوان تابعی از عمق و اندازه نافذ به کار رفته بیان می گردد.

 از میان تعداد زیاد آزمایشهای موجود، قادریم تا میزان سختی مساحت زیادی از سطح مواد و قطعات و یا سختی دانه های یک فلز را تعیین نماییم.

  چقرمگی: خاصیت مکانیکی بعدی که بررسی می گردد چقرمگی است. در کل، چقرمگی میزان توانایی یک ماده در جذب انرژی است. از نمودار تنش – کرنش، چقرمگی یک جسم را از محاسبه مساحت زیر سطح تنش – کرنش می توان بدست آورد. Monel بسیار چقرمه تر از فولاد کربن متوسط است به دلیل این که مساحت زیر فخر آن بیشتر است. مورد مرسوم دیگر چقرمگی شیار است. این تغییر در چقرمگی به توانایی جذب انرژی یک ماده هنگامی که دارای یک سطح دارای شیار است بر می گردد. در حالیکه تا فنری یا چقرمگی میزان جذب انرژی با وجود یک سطح صاف و بدون شیار است. چقرمگی شیار نشان دهنده میزان تحمل یک قطعه حین بارگذاری با نرخ بالا می باشد. به همین دلیل چقرمگی شیار اغلب به استحکام ضربه بر می گردد. تفاوت بین این دو آزمایش با تجزیه و تحلیل شکست یک فلز بر روی می گردد. اگر یک بار ثابت به کار رود تا این که یک کشش ناگهانی به فلز اعمال کنیم به بار بیشتری احتیاج داریم. در هنگام توزیع چقرمگی یا چقرمگی شیار، ناحیه نشان داده بیان گر این است که قبل از شکست ماده چه تعداد انرژی جذب کرده است. فلزی که چگالی کمی از خود نشان می دهد با ایجاد تعداد کمی از تغییر شکل می شکند یک فلز چقرمه تعداد بیشتری تغییر شکل تا لحظه شکست از خود نشان میدهد. با توجه به بحث پیشین در مورد چکش خواری تفاوت بین فلزات با چقرمگی بالا و فلزات با چقرمگی پایین این است که فلزات با چقرمگی کم مواد تر می باشند و فلزات چقرمه مواد نرم و چکش خوارند. مشابه بحث چکش خواری‏، چقرمگی یک فلز با دما تغییر می کند در کل، هنگامی که دما کاهش یافت‏ چقرمگی فلز هم متناسب با آن کم می شود نتیجتا خواص چقرمگی یک فلز به عنوان تابعی از دما می باشد. بدون اطلاع داشتن از دمای انجام آزمایش چقرمگی میزان عدید تا ننس معنای کوچکی دارد. به دلیل وجود شیار و برخی دیگر از موادی که تمرکز تنش را در یک فلز بالا می برد بررسی اثر شایر بر روی چقرمگی یکی از بحث های اصلی می باشد. تعداد زیادی از فلزات مخصوصا فولادهای برشی با استحکام بالا حساسیت بسیار زیادی به وجود سطوح تیز دارند. شکل ۲-۵ برخی از اشکالی را که باعث ایجاد اثر شیار می شوند را نشان می دهد. اگر فلزی مقاومت زیادی را با وجود شیار در چقرمگی نشان دهد، بیان گر این است که کار کرد خوبی را با وجود و یا بدون شیار دارا می باشد. بههر حال اگر فلز حساس به شیار باشد به معنی این است که چقرمگی پایینی دراد و با راحتی در مقابل ضربه و یا بارهای مکرر تسلیم می شود. به صورت کلی‏، چقرمگی یک فلز با افزایش سختی و کاهش دما کم می شود. در انجام دادن آزمایش برای چقرمگی یک فلز، یکی از کوشش ها همواره این بوده است که دمایی را که در آن فلز از شکست تر و به شکست نرم تبدیل می شود، تعیین گردد.

  این دما بعنوان دمای تبدیل فلز نامیده می شود. انواع مختلفی از آزمایش ها برای تعیین چقرمگی یک فلز موجود می باشد. به هر حال آنها از چگونگی شیار و بار اعمال شده با یکدیگر فرق دارند. اکثر آنان با اعمال بار ضربه ای رده های مختلف سنجیده می گردند و شامل قسمت های چارپی‏، سقوط وزنه ای، nil – ductility، bulge انفجاری، شکست دینامیکی، Crop می باشند.

 استحکام خستگی:

 آخرین مشخصه مکانیکی یک فلز، استحکام خستگی می باشد. برای تعریف استحکام ابتدا بایستی بفهمیم که ممنظور از استحکام خستگی یک فلز چیست؟ خستگی فلز در اثر تکرار یک بار بر ریو یک قطعه ایجاد می گردد و این یعنی این که بار به طور ممتناوب بین یک تعداد حداکثر و یک تعداد کمتر تکرار می گردد. این عمل می تواند به سرعت انجام شود مانند گرایش یک موتور و یا آهسته انجام شود به طوری که در طول چندین روز انجام گیرد. یک مثال برای شکست خستگی می تواند خمش متناوب شفت یک موتور باشد. تا هنگامی که شکست ظاهر گردد. این نوع از شکست در اکثر مواقع تحت تنشی زیر استحکام کششی رخ می دهد. استحکام خستکی یک فلز به میزان استحکام و مقاومت یک فلز در مقابل شکست در اثر با ربه کار رفته می گویند. اطلاعات استحکام شکست خستگی بسیار مهم است، زیرا گستره بسیار وسیعی از شکست فلزات مروبط به خستگی می باشد. داده های استحکام خستیگی اغلب در ارتباط با تعداد سیکلهای لازم برای شکست بیان می گردد. سیکلهای موسوم یک میلیون یا ده میلیون روز می باشد. استحکام تسلیم می تواند با انجام تست خستگی تعیین گردد و این آزمایش به طرق مختلفی انجام می پذیرد. در اغلب موارد با به کار بردن یان تنش کششی و سپس معکوس کردن آن در دور بعدی و اعمال تنش فشاری.این نوع از آزمایش به خمش معکوس باز می گردد هنگامی که ماکزیمم تنش به کار رفته افزایش یابد. تعداد دورهای لازم برای شکست کم می شود. ارگ این آزمایش را برای نطق تنش مختلفی انجام دهیم یک نمودار S-N تولید می شود. در شکل ۷-۶ نشان داده شده است. دیاگرام S-N یک توضیح نموداری از تعداد دورهای لازم برای ایجاد شکست در سطوح مختلف تنش می باشد. این منحنی ها نشان می دهد که فولاد دارای یک حد تسلیم می باشد ولی در مورد آلومینیم حد تسلیمی نداریم. حد تسلیم ماکزیمم تنشی است که در آن هیچگونه شکستی رخ نخواهد داد. دیاگرام نشان می دهد که سرانجام آلومینیم شکست می خورد. حتی در سطوح تنش پایین به هر حال فولاد با اعمال تنشی زیر این تعداد برای همیشه سالم و مطمئن می ماند. اغلب، استحکام خستگی ضربه، به میزان بسیار زیاید به هندسه سطح قطعه وابسته می باشد. وجود شیار و شکاف در سطح قطعه می تواند تنش را تا حد تسلیم آن بالا برد. با اعمال تعداد دورهای کافی با خستگی در فلز ایجاد می گردد. سطح پرداخت نیز اثر زیادی برای استحکام خستگی دارد. این امر در شکل ۹-۶ نشان داده شده است. یکی از مفهومات اصلی در جوشکاری به استحکام تسلیم فلز بر می گردد. این امر به خواص متالوژیکی فلز وابستگی ندارد. یکی از فاکتورهای اساسی در جوشکاری وجود نقاط تیز از قطعه می باشد. ناپیوستگی های سطحی جوش، مثل under cut و Dver lap درجه رقت زیاد جود نیز می توانند باعث ایجاد اثر زیادی بر روی استحکام تسلیم گردند.

از آنجا که شکست خستگی از ناپیوستگی های درونی جوش حاصل می گردد، آنهایی که بر روی سطح قرار دارند نقش مهمتری را ایفا می کنند و این به دلیل این است که ناپیوستگی های سطحی سریع تر منجر به شکست خستیگ می گردند. دلیل این است که میزان تنش بر روی سطح بیشتر از میزان تنش در درون فلز می باشد. به همین دلیل بازرسی جوش با نظارت دقیق انجام آزمایش مناسب می تواند نقش مهم را در جلوگیری از شکست ایفا کند. کشف و تصحیح نقاط تیز جوش، خستگی و شکست خستگی را به میزان زیادی بهبود خواهد بخشید. در بسیاری از مواقع خستگی، یک جوش کوچک با کرده صاف بهتر از یک جوش بزرگ و گوشه های تیز جواب می دهد.

 خواص شیمیایی فلز:

 خواص مکانییک یک فلز می تواند با کاربردهای مخلتفی از عملیات حرارتی تغییر یابد. به هر حال تغییرات شدیدی باتغییر در ساختار شیمیایی رخ خواهد داد. از نقطه نظر جوشکاری یکی از بحث های اساسی می تواند جوشکاری آلیاژها یا مخلوطی از عناصر فلزی یا غیر فلزی باشد. یکی از مرسوم ترین مثالها فولاد است که ترکیبی از آهن و کربن بعلاوه عناصر دیگری با مقادیر مختلف می باشد. علاوه بر خواص مکانیکی، ساختار شیمیایی فلز نیز تاثیر بسزایی بر مقاومت در مقابل خوردگی و جوش پذیری (سهولت در جوشکاری یک فلز) خواهد داشت.

 بنابراین یکی از وظایف بازرسی جوش بررسی ساختار شیمیایی فلز با مقایسه آن از طریق وسایل مورد نیاز می باشد.

 گروه آلیاژی:

 بازرسی جوش ممکن است با برخی از آلیاژهای فلزات مواجه گردد. آلیاژ فلزات را می توان در دسته های متفاوتی تقسیم بندی نمود. برخی از دسته بندی های متداول عبارت اند از: استیل، آلومینیوم، نیکل و مس. این بحث در مورد آلیاژهیا فولادها می باشد. تقسیم بندی های بیشتر می تواند به سه صورت زیر باشد:

فولادهای کم کربن

فولادهای کم آلیاژی

فولادهای پر آلیاژی

بر حسب تناژ، فولادهای کربن استفاده وسیعی دارند. عنصر اصلی آنان آهن می باشد همچنین دارای تعداد کمی کربن، منگنز، فسفر و گوگرد و سیلیسیم می باشند. میزان درصد کربن تاثیر زیاید بر خواص مکانیکی دارد. شکل ۱۱-۶ نشان دهنده میزان کربن و تاثیر آن بر برخی از فولادهای کم کربن می باشد. فولادهای کم آلیاژی شامل آلیاژهای دیگری با تعداد کم از قبیل نیکل، کروم و منگنز، سیلیسیم و انادیم آلومینیم و مولیبدن می باشد. وجود این عناصر به میزان مختلف می تواند باعث تغییر بسیار زیادی بر خواص مکانیکی گردد. فلزات کم آلیاژی به دسته های فولادی کم آلیاژی با استحکام بالا، فولادهای استفاده شوند در ماشین و فولادهای ابزاری، فولاد برای کاربرد در دماهای پایین، و یا فولادهای گرم کار تقسیم بندی گردد. بسیاری از این فولادهای کم آلیاژی بر طبق ساختار شیمیایی خود تقسیم بندی می گردند. این امر در شکل ۱۴-۶ نشان داده شده است. این دسته بندی، از موسسه آهن و چدن آمریکا (AISI) و انجمن مهندسین خودرو (SAE) و معمولا در ساخت فولاد انجام می شود. آخرین دسته فولادها، فولادهای پر آلیاژی می باشند. فولادهای ضدزنگ و دیگر فولادهای مقاوم در مقابل خوردگی مثال دیگری از این گروه می باشند. فولادهای ضضد زنگ، حداقل ۱۲% کرم دارند و دارای درصد قابل توجهی نیکل می باشند. شکل ۱۳-۶ ساخترا برخی از گونه های فولاد ضدزنگ را نشان می دهد که به ۵ گروه تقسیم می گردند: آتسنیت، مارتنزیت، فریت و سخت سازی رسوبی و ترکیب کردن دوتایی.

تاثیر عناصر شیمیایی بر فولاد:

بحث زیر در مورد تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولادها و جوش پذیری آنها می باشد.

کربن:

به طور کلی مهم ترین عنصر در آلیاژی کردن فولادهاست و میزان آن تا ۲% نیز بالا می رود. (اگر چه فولادهای با جوش پذیری بالا زیر ۱۵% کربن دارند. کربن حتی می تواند به صورت نامحلول نیز در آهن موجود باشد و یا می تواند به صورت کاربید آهن (Fe3C) یافت شود. اقزایش تعداد کربن باعث بالا رفتن سختی و استحکام کششی می گردد از طرف دیگر افزایش درصد کربن سبب کاهش جوش پذیری می گردد.

گوگرد:

معمولا ناخالصی آن از دیگر عناصر آلیاژی در فولادها بیشتر است. کوشش های زیادی برای حذف کردن آن هر فرآیند ساخت فولاد شده است. اگر میزان آن به ۰.۰۵ درصد برسید تمایل به افزایش میزان و کاهش جوش پذیری را تسریع می کند. افزاینده های آلیاژی گوگرد یا (Free machining) سناخته می گردد. آلیاژهایی که به سهولت ماشین کاری می شوند در مواردی که احتیاج به جوشکاری دارند استفاده نمی گردند.

 فسفر:

به طور کلی یک ناخالصی نا خواسته در فولادها شناخته می گردد. در اکثر فولادهای کربنی در حدود ۰.۰۴ درصد آن موجود می باشد. در فولادهای سخت شده ممکن است باعث ایجاد ترو می گردد. در فولادهای کم آلیاژی با استحکام بالا تا ۱/۰ درصد نیز به فولاد افزوده می شود تا هر دو خاصیت استحکام و مقاومت به خوردگی را بهبود بخشد.

سیلیسیم:

معمولا فقط به میزان ۴/۰% در فولادهای نورد شده به عنوان اکسید کننده به کار می رود. ۳۵/۰% تا ۰۵/۱ % نیز معمولا وجود دارد. سیلیسیم در آهن حل نمی گردد و تمایل به افزایش استحکام آن دارد. فلز جوش معمولا تا میزان ۵/۰% سیلیسیم به عنوان اکسید کننده داراست. برخی از مواد پرکننده تا حدود ۱% سیلیسیم برای افزایش اکسیداسیون و تمیز کردن آلودگی ها دارا می باشند. وقتی این فلزات پرکننده برای جوشکاری سطوح تمیز استفاده می گردند، استحکام فولاد تا میزان زیاید افزایش می یابد. نتیجه آن کاهش در چکش خواری و بنابراین افزای شاحتمالی ترک خوردگی در برخی مواد می باشد.

منگنز:

فولادها معمولا دارای حداقل ۳/۰ % منگنز می باشند زیار سه رفتار خوب از خود نشان می دهند.

  1. کمک و تسریع به اکسیداسیون
  2. جلوگیری از تشکیل سولفید آهن
  3. افزایش استحکام با افزایش سختی پذیری در یک فولاد.درصد تا ۰۵/۱% نیز در برخی از فولادهای کربنی یافت می گردد.

کرم:

یک عنصر آلیاژ قوی در فولاد هاست. به دو دلیل اساسی به فولادها افزوده می گردد.

  1. به طور شدیدی سختی پذیری فولاد را بالا می برد.
  2. باعث افزایش قابل توجه مقاومت خوردگی در شرایط اکسیداسیون می گردد. وجود آن در برخی فولادها می تواند باعث افزایش بیش از حد سختی ششده و باعث بروز ترک گردد. فولادهیا ضد زنگ تا حدود ۱۲% گرم دارند.

مولیبدن:

این عنصر یک تشکیل دهنده قوی کاربیدی است و در فولادهای آلیاژی تا کمتر از ۵/۱% وجود دارد. برای افزایش سختی و استحکام دوره های بالاتر افزوده می گردد. در فولادهای ضدزنگ آستنتی جهت افزایش مقاومت به خوردگی و لب پریدگی افزوده می گردد.

نیکل:

جهت افزایش سختی پذیری فولادها به آنها اضافه می شود. در این گونه موارد خاصیت خوبی از خود نشان می دهد زیرا اغلب چقرمگی و چکش خواری را بهبود بخشیده و حتی سختی و استحکام را نیز بالا می برد. نیکل در دما های پایین برای افزایش استحکام نیز افزوده می گردد.

آلومینیم:

به میزان بسیار کمی بعنوان اکسید کننده افزوده می گردد. همچنین به عنوان اصلاح کننده دانه ها برای افزایش تا فنس افزوده می گردد. فولادهای با آلومینیم متوسط دارای داه های بسیار ریز می باشند.

وانادیم:

افزایش وانادیم منجر به افزایش سختی پذیری فولادها می گردد. نقش بسزایی را در این امر بازی می کند به همین دلیل به میزان بسیار کمی افزوده می شود. به میزان بیشتر از ۰.۰۵% در حین عملیات حرارتی‏ تمایل به نزدشدن را افزایش می دهد.

نئوبیم:

مثل وانادیم‏، جهت افزایش سختی پذیری به فولادها افزوده می گردد. به دلیل تمایل به ترکیب شدن با کربن، می تواند باعث کاهش سختی پذیری نیز گردد. به فولادهای ضد زنگ آستینتی جهت افزایش خواص جوش پذیری اضافه می گردد. نئوبیم به اسم Cloumbium نیز شناخته می گردد. گازهای حل نشدنی: هیدروژن (H2)، اکسیژن (O۲) و نیتروژن (N2) در فولادهای مذاب حل نمی گردند و اگر درصد آنها کم نشود باعت تردشدن فولاد می گردند در خالص سازی فولاد‏ تا میزان ممکن درصد آنها را کاهش می دهند. رسوب های اکتروری خاصی به عنوان گاز محافظ جهت جلوگیری از انحلال آنان در فلزات جوشکاری به کار می رود.

آلیاژهای آلومینیم:

شاید وسیع ترین آلیاژهای غیر آهنی استفاده شونده در صنعت، امروزه آلیاژهای آلومینیم باشند. در دو نوع ریخته گری شده و کار شده (نورد شده) موجود می باشند.

عموماَ‌این گروه آلیاژی جوش پذیری خوبی دارند. آلومینیم برای کاربردهایی که به استحکام بالا، سبک وزنی، هدایت حرارتی و رسانایی بالا و مقاومت عالی در مقابل خوردگی مناسب می باشد. آلومینیم خالص تجاری در حالت ریخته گری شده و آنیل شده مقاومت کششی حدوداَ ۱/۵ برابر فولاد را داراست. کارسرد، استحکام آن را شدیداَ بالا می برد. همچنان که افزودن عناصر آلیاژ نیز این کار را انجام می دهد. آلیاژهای همراه با مس، سیلسیم و یا روی به آن اجازه می دهند تا به وسیله عملیات حرارتی، استحکام آن را بالا برد.در برخی مواد استحکام آن تا جایی بالا می رود که با فولاد مقایسه می شود. آلیاژهای آلومینیم را در دو دسته می توان جای داد: عملیات حرارتی پذیر و غیر عملیات حرارتی پذیر نوع عملیات حرارتی شونده سختی و استحکام خود را از روش به اسم سختی سازی رسوبی می گیرند. نوع غیر عملیات حرارتی شونده، سختی و استحکام خود را به وسیله افزودن برخی عناصر آلیاژ و یا کار سرد به دست می آورند. شکل ۱۴-۶ طبقه بندی و نام گذاری آلیاژهای آلومینیم را همراه آلیاژهای مهم آنان نشان می دهد. برای مشخص کردن شرایط و انواع مختلف آلیاژهای آلومینیم یک پسوند به آنها اضافه می گردد. این نوع از نام گذاری در شکل ۱۵-۶ آورده شده است.

آلیاژهای نیکل:

نیکل یک فلز چقرمه و نقره ای رنگ و با چگالی حدوداَ‌ برابر مس می باشد. مقاومت بسیار خوبی در مقابل خوردگی و اکسیداسیون، حتی در ده های بالا دارد. نیکل با بسیاری از مواد مخصوصاَ آهن به عنوان عنصر آلیاژی استفاده می گردد. همچنین در کرم و مس نیز استفاده می شود. بسیاری از آلیاژهای گرم کار و مقاوم ودر مقابل خوردگی ۷۵-۶۰% نیکل دارند. این امر باعث ظهور آلیاژهایی مثل monel 400، inconel 600 و Hast allog c-276 شده است. روش جوشکاری آنان مشابه روشی است که برای فولادها استفاده می گردد و تمام روشهای جوشکاری را نیز می توان برای آنها به کاربرد.

آلیاژهای مس:

مس بهترین فلز شناخته شده در رسانایی می باشد و به همین لدیل است که در صنعت الکتریسته کاربرد زیادی یافته است. به میزان ۳ برابر چگال تراز آلومینیم است و رسانایی گرمایی و الکتریکی حدوداَ‌ ۱-۱/۲ جوابه آن دارد. مس مقاومت به اکسیداسیون در دمای کمتر از ۴۰۰F در آبهای شیرین و شور دارد. به هر حال مس با گوگرد واکنش داده و تولید سولفید مس می نماید. مس و آلیاژهای مس به طور وسیعی در لوله های مسی، شیرها و آب بند کردن، مبدلهای حرارتی و تجهیزات شیمیایی به کار می روند. آلیاژهای مس را می توان به هشت گروه اصلی تقسیم کرد. ۱- مس، ۲- آلیاژهای مس با درصد زیادی از آلیاژها. ۳- برنج (cu-zn) 4-برنز (cu-zn) 5- مس – نیکل ۶- آلیاژهای مس- نیکل و روی. ۷- مس – سرب. ۸- آلیاژهای مخصوص. اگر چه اکثر آلیاژهای مس قابل جوشکاری کردن می باشند، اما هدایت حرارتی بالای آنان باعث بروز برخی مشکلات گردیده است. این فاکتور باعث می شود تا هنگام جوشکاری تمرکز حرارتی از بین رفته و شکل ایجاد گردد. اکسیداسیون شدید سطح نیز سختی ها و مشکلاتی را ایجاد می کند و تمیز کردن سطح نیز کار لازمی است. به هر حال، این آلیاژها، با استفاده از پروسه های گوناگون جوشکاری و لحیم کاری اتصال داده می شوند.

تست های مخرب:

گفته شد که خواص فلز امر بسیار مهمی در جوش پذیری یک فولاد یا فلز تلقی می شود. و لازم است که مقادیر این خواص به صورت دقیق تعیین گردد. زیرا طراح قادر است تا مقدار مشخصی را برای هر یک از خواص قرار داده و به صورت کاملاَ معلومی قادر است تا ماده مطلوب را با خواص خواسته شده به کار برد. آزمایشهای زیادی برای تعیین خواص مکانیکی و شیمیایی گوناگون فلزات ایجاد شده است. اگر چه بعضی از این آزمایشها، مقادیر بیشتری از خواص را به ما می دهند ولی اکثر شان طوری طراحی شده اند که فقط یک خاصیت را به ما می دهد. ممکن است لازم باشد تا آزمایشهای متفاوت و گوناگونی را برای اطلاعات خواسته شده انجام داد. مهم است که بازرس جوش با هر یک از این آزمایشها آشنا باشد. بازرس بایستی بداند که چه موقع آزمایش به کار می رود و چه نتایجی را به ما می دهد و در صورت مقبول بودن آزمایش با مشخصه ها چه تصمیماتی بایستی گرفته شود. مفید است که بازرس روشهای استفاده شده در این آزمایشها را حتی اگر در تعیین و انجام آنها دخالتی ندارد، بفهمد. روشها به دو دسته مختلف تقسیم می گردند: مخرب و غیر مخرب . آزمایشهای مخرب وقتی به روی یک قطعه انجام می گردد دیگر قطعه یا ماده بدون استفاده می گردد. این آزمایشها مشخص کننده رفتار ماده در حین بارگذاری تا لحظه شکست می باشند. تست های غیر مخرب به قطعه یا ماده آسیبی نمی رساند و در بخش ۱۰ توضیح داده خواهد شد در میان این بحث در مورد آزمایشهای مخرب مشخص استفاده شده در تعیین خواص جوش و فلز پایه هیچ تذکری داده نخواهد شد و نحوه انجام آزمایش تغییر خاصی را ارائه نخواهد کرد.

مواردی در حین انجام آزمایش وجود دارد که فلز جوش یا فلز پایه را در موارد خاص آزمایش می کند. امام مکانیک فرآیند آزمایش تغییرات بسیار کمی دارد.

آزمون کشش:

اولین خاصیت ماده که در قبل توضیح داده شد استحکام بود. بنابراین اولین قسمت مخرب آزمون کشش خواهد بود. این آزمایش اطلاعات بسیار زیادی را از ماده به ما می دهد. برخی از اطلاعاتی را که می توان با استفاده از این آزمایش به دست آورد عبارت اند از:

  1. استحکام تسلیم نهایی
  2. استحکام تسلیم
  3. چکش خواری
  4. درصد تغییر طول
  5. درصد کاهش سطح
  6. حدود الاستیسیته
  7. حد تناسب
  8. حد الاستیک
  9. تا فنس یا چقرمگی

برخی از مقادیر عددی آزمایش را می توان مستقیما از روی gauge خواند. بقه را می توان با استفاده از تحلیل نممودار تنش – کرنش که از طریق آزمایش به دست آمده است تعیین نمود. مقدار چکش خواهری را با مقایسه کردن نمونه یا قبل و بعد از آزمایش به دست آورد. در صد تغییر میزان درصد چکش خواری را تعیین می نماید وقتی آزمون کشش انجام می گیرد یکی از جنبه های مهم آن تهیه کردن نمونه آزمون می باشد. اگر میزان دقت محیا کردن نمونه در این آزمایش کم باشد به همان میزان دقت نتایج به دست آمده کاهش می یابد. حتی کمی شیار را خراش بر ریو قطعه باعث می شود که میزان استحکام و چکش خواری قطعه به میزان قابل توجهی کاهش یابد. بعضی مواقع تنها هدف از انجام آزمایش کششی برای قطعه جوشکاری شده این است که آیا ناحیه جوش کاری شده مقاومتی برابر با خود قطعه دارد یا خیر؟ برای این منظور فقط کافی است که در وسط قطعه انتخاب شده یک جوش عرضه داده شود. دو قطعه از جسم نیز بایستی در دو طرف آن با اره بریده شود.

اما سطح اصلا به عملیات دیگری نیاز ندارد. اما اغلب سطح قطعه مورد آزمایش سنگ زنی می گردد. این طریق آزمایش مطابق با API1104 صورت می گیرد. یک آزمایش کششی موفق آن است که قطعه از ناحیه فلز پایه شکست بخورد وی ا اگر مقاومت فلز پایه از جوش بیشتر است قطعه در ناحیه جوشکاری شده دچار شکست گردد. در اغلب موارد، وقتی که به انجام آزمون کشش احتیاج داریم. مهم این است که به اعداد و ارقام درست و دقیق خصوصیات قطعه دست یابیم و نه فقط این که بخواهیم شکست در قطعه از ناحیه جوش انجام می گیرد یا خیر. برای انجام آزمون کشش و دستیابی به اعداد و ارقام دقیق قطعه را مطابق شکل ۱۶-۶ آماده می کنیم جوری که در ناحیه وسط قطعه دارای کاهش قطر باشد. این ناحیه دارای قطر کمتر جهت تمرکز دادن شکست داده می شود. مگرنه قطعه تمال دارد که از ناحیه شکاف های دو سر آن بشکند و اندازه گیری های بعد را مشکل سازد. بنابراین این کاهش در قطعه منجر به یکنواختی تنش به وجود آمده در قطعه می گردد کاهش در قطعه بایستی منجر به سه مشخصه زیر گرد تا مطمئن شویم که آزمایش درستی انجام داده ایم.

  1. کل طول مقطع کاهش یافته بایستی یکنواخت باشد.
  2. مقطع کاهش یافته بایستی دارای شکلی باشد که به راحتی اندازه گیری گردد تا به راحتی بتوان مساحت مقطع آن را بدست آورد.
  3. سطح مقطع بایستی خالی از ناهمگونی ها باشد. مخصوصا شیار و خراش های که عمود بر مقطع کششی اند.

به همین دلیل هر چه مکانیک قطعه آزمایش شده بهتر باشد نتیجه بهتر است و سطح مقطع آن می تواند دایره ای یا مستطیلی باشد هر دو به راحتی اندازه گیری و مهیا می گردند. بازرس جوش ممکن است به راحتی بتواند از سطح مقطع قطعه را به دست آورد.

مثالهای ۱ و ۲ نشان می دهند که چگونه ای محاسبات را بریا سطح مقطع های مرسوم بدست آوریم.

مثال ۱: مساحت یک سطح مقطع دایره ای

= قطر نمونه

= مساحت

= شعاع نمونه

= مساحت

و یا می توان مساحت را مستقیما محاسبه نمود.

= مساحت

مثال ۲: مساحت یک سطح مقطع مستطیلی شکل

= پهنای اندازه گیری شده

= ضخامت اندازه گیری شده

= مساحت

تعداد واقعی سطح مقطع نمونه آزمایش شده بسیار مهم است زیرا این عدد قرار است در محاسبه تعداد دقیق استحکام کششی به کار رود. این استحکام را می توان از تقسیم بار بر سطح مقطع نمونه به دست آورد. مثال مهم ۳ نشان دهنده محسابات انجام شده برای سطح مقطع دایره این شکل مثال ۱ است.

مثال ۳:

نیرو = ۱۲۵۰۰lb تا شکست قطعه

مثال قبل نشان دهنده محاسبات انجام شده برای یک قطعه نمونه و استاندارد بود. این سطح قطعه دقیقا می باشد. محاسبات به این گونه راحت تر است زیرا تقسیم یک عدد بر ۲/۰ ماننده این است که آن عدد را در ۵ ضرب کرده ایم بنابراین اگر یک قطعه استاندارد استفاده گردد انجام محاسبات بسیار راحت تر می باشد. این امر در مثال ۴ نشان داده شده است.

مثال ۴: محاسبه استحکام کششی

نتیجه این محاسبات مشابه مثال ۳ محاسبه شده است. استفاده از نمونه های استاندارد به وجود آمدن محاسبات پیشرفته رایج بود. در آن زمان، آسان تر این بود که قطعه نمونه را به دقت آماده کرده و جهت تعیین مقاومت‌ آن نیرو را بر یک سری اعداد تقسیم نمود. به هر حال، امروزه ما می توانیم میزان دقیق استحکام را بدون وابستگی به سطح مقطع تعیین نماییم. فرآیند دیگری که بایستی قبل از انجام تست انجام دهیم شماره گذاری و درجه بندی دقیق gauge اندازه گیری طول است.

این gauge های طولی معمولا با استفاده از دو نسبه که با یک فاصله مشخص نسبت به هم قرار گرفته اند کار می کند. مرسوم ترین gauge های طولی ۸,۲ اینچ می باشند. بعد از آزمایش فاصله جدید بین این دو نشان گر اندازه گیری می شود و با فاصله اصلی قبلی مقایسه گریده تا درصد تغییر طول یا کشش را که قطعه تا لحظه شکست از خود نشان داده شده تعیین گردد. درصد تغییر طول به میزان کش آمدن یا تغییر فاصله بین دو نشان گر حین انجام آزمایش بر می گردد. این درصد به این گونه محاسبه می گردد که تغییر طول حاصل شده به تعداد اصلی و اولیه طول تقسیم گردیده و نتیجه را در عدد ۱۰۰ ضرب می کنیم تا درصد تغییر طول حاصل گردد. یک مثال برای محاسبه تغییر طول در زیر آمده است.

وقتی که نمونه نرم را در تست کشش آزمایش می کنیم، یک قسمت از آن گلویی می شود که نتیجه بارگذاری طولی قطعه می باشد. اگر سطح قطعه نهایی این قطعه گلویی شده را دوباره اندازه گیری نماییم، و مساحت سطح مقطع اولیه را نیز داشته باشیم و از هم کم نماییم و نتیجه را در ۱۰۰ ضرب کرده و تقسیم بر سطح مقطع اولیه قطعه کنیم عدد بدست آمده نشان دهنده درصد کاهش سطح قطعه خواهد بود. در زیر یک مثال از درصد تغییر سطح (RA) آمده است:

پس از اندازه گیری ها و نشانه گذاری های صحیح انجام شده قطعه در دستگاه مخصوص آزمون قرار داده می شود و سر دستگاه به حرکت در می آید این امر در شکل ۱۷-۶ نشان داده شده است.

بار کششی یا همان نیرو را بایک نرخ ثابتی اعمال می کنیم. تغییر در نرخ این نیرو باعث تغییر در نتایج آزمون می گردد. قبل از بارگذاری، قطعه ای که به عنوان exten someter معروف است به قطعه در نشان گر gauge طولی نصب می گردد. در حین اعمال نیرو exten someter تعداد تغییر طول قطعه را محاسبه می کند. هر دو داده نیرو و درصد تغییر طول در یک نمودار به عنوان تغییرات در طول به عنوان تابعی از نیرو رسم می گردد این به اسم نیرو و منحنی تغییر طول معروف می باشد. و به این گونه محاسبه می شود که نیروی اعمال شده را بر مساحت مقطع تقسیم می کنیم. کرنش تعداد کش آمدگی در طول داده شده می باشد. تنش بر حسب بیان می گردد. در حالی که کرنش یک تعداد بدون بعد است که بر حسب in/in می باشد. هنگامی که آزمون را برای فولاد نرم به کار بریم نتایج شکل ۱۸-۶ به دست می آیند.

نمودار تنش – کرنش چندین مشخصه مهم را نشان می دهد که مورد بحث قرار می گیرد. آزمایش از موقعی شروع می شود که تنش و کرنش هر دو صفر است. هنگامی ک نیرو اعمال می گردد، کرنش همواره با افزایش تنش به صورت خطی زیاد می شود. این منطقه همان ناحیه ای است که قبلا به عنوان ناحیه الاستیک معرفی شد که تنش با کرنش متناسب بود. برای هر ماده داده شده، شیب این خط یک تعداد ثابت است این شیب در مدول الاستیسیته نامیده می گردد.

برای فولاد مدول الاستیسیته (یا مدول یانگ) در دمای اتاق تقریبا psi 3000000

در مقابل ۱۰۵۰۰۰۰۰ برای آلومینیم می باشد. در واقع عددی که در اینجا معری می گردد بیان گر سختی یک ماده می باشد هر چه سختی آن ماده بیشتر باشد به معنی آن است که مدول الاستیسیته بیشتری دارد. سرانجام، کرنش افزایش سریعتری را نسبت به تنش آغاز می نماید و به معنی آن است که کرنش بیشتری در برابر یک تنش مشخص انجام گرفته است. این نقطه پایان محدوده الاستیک و شروع منطقه پلاستیک یا تغییر شکل دائمی است. نقطه نشان داده شده در منحنی نشان دهنده حد تناسب یا حد الاستیک می باشد. اگر نیرو تا قبل از رسیدن به این نقطه برداشته شود، قطعه به طول اولیه خود باز میگردد. شکل ۱۸-۶

بسیاری از فلزات یک تغییر در رفتار الاستیکی خود به محض رسیدن به این نقطه از خود نشان می دهند همان طور که که در شکل ۱۸-۶ نشان داده شده است تنش و کرنش دیگر با هم تناسب ندارند. اما با وجود افزایش زیادتر کرنش، تنش یا ثابت می ماند و یا افزایش کمتری دارد. در فولادهای ضربه پذیر یا چکش خوار مشخصه ای از تسلیم می باشد. تنش تا یک مقدار ماکزیمم صعود کرده و سپس تا یک مینیمم نزول می کند.

این حدود به نقاز تسلیم بالا و پائین باز می گردند. نقطه تسلیم بالاؤ تنشی است که در آن نقطه افزایش در کرنش قابل توجه است و یا جریان پلاستیک داریم بدون این که در تنش افزایش داشته باشیم. از این به بعد تنش افت پیدا می کند و تا رسیدن به نقطه تسلیم پایین ثابت می ماند در حالی که کرنش مرتباً افزایش یافته و این تعداد افزایش یافته طول، نشان دهنده تغییر طول نمونه می باشد. برای فلزی که چنین رفتهری از خود نشان می دهد، استحکام تسلیم، تنشی است که با نقطه تسلیم بالا مطابقت می کند و یا با نقطه ای که در بین نقطه تسلیم بالا و نقطه تسلیم پائین واقه می باشد. در همین انجام آزمون کشش، نقطه تسلیم به عنوان یک افت در وسیله نمایشgauge قابل مشاهده است. استحکام تسلیم را می توان با کاهش در کاهش نیرو مشاهده کرد. در حین پدیده تسلیم، جریان پلاستیک فلز در چنان نرخی افزایش می یابد که تنشها با نرخی بیشتر از آنچه که تشکیل می گردند رها می شوند. وقتی که این جریان پلاستیکی رخ می دهد، می گوییم کار سرد رخ داده است. در این فرآیند قطعه سخت تر و مستحکم می گردد و می گوییم روی قطعه کار سختی انجام گرفته است.

بنابراین تسلیم، تا نقطه ای پیش می رود که برای افزایش طول نقطه بایستی مقدار بیشتری تنش به آن اعمال گردد. مطابق این امر، منحنی شورع به صعود در یک مسیر غیر خطی می نماید. تنش و کرنش تا مقداری افزایش می یابند که به یک تنش ماگزیموم برسند. این نقطه به عنوان تنش ماگزیموم شناخته می گردد و یا استحکام تسلیم نهایی گفته می شود. شکل ۶-۱۹ نقطه ای را نشان می دهد که شامل این مرحله می باشد و شامل یک افت درکرنش است در حالی که کرنش نیز نرخ صعودی طی می کند. (منحنی مهندسی) شکل ۶-۱۹

این پدیده به خاطر ایجاد گلویی شدن میباشد و بنابراین سطح مقطع واقعی به کار رفته کمتر از سطح قطعه می باشد. اگر تنش برحسب مقطع معمولی محاسبه گردد نشان می ده که نیرو وقتی که تنش برحسب psiافزایش یافته است، کاهش می یابد. منحنی تنش در کرنش درست و واقعی رسم می گردد. یک مقایسه بین این درست و منحنی مهندسی که قبلاً توضیح داده شد در شکل۶-۱۹ نشان داده شده است. این منحنی نشان می دهد که کرنش قطعه همچنان افزایش می یابد و در حالی که تنش نیز افزایش یافاه است. این منحنی واقعی نشان می دهد که شکست زمانی رخ می دهد که تنش و کرنش هر ددو ماگزیموم گردند. برای مواد با چکش خواری کمتر نمی توان منطقه مشخصی را بین ناحیه الاستیک و پلاستیک تعیین نمود.

بنابراین روش drop-beam را نمی توان برای تعیین استحکام این مواد به کار برد. یک روش دیگر روش offset باز می گردد. شکل ۶-۲۰ رفتار تنش – کرنش را برای مواد با چکش خواری کمتر نشان می دهد.

وقتی روش offsetرا بکار می بریم، یک خط موازی با جدول الاستیسته در یک کرنش از قبل تعیین شده کشیده می گردد. میزان کرنش معمولاً برحسب درصد بیان می گردد. شکل ۶-۲۱ نشان می دهد که چگونه از ۰.۲ % کرنش برای کشیدن این خط استفاده می کنیم. تنش منطبق بر تقاطع این خط کشیده شده با منحنی تنش- کرنش به عنوان تنش تسلیم معرفی می گردد. بایستی گزارش شود که از نقطه۰.۲ %کرنشخط کشیده شده است تا دیگران نیز بر این مطلب آگاه باشند.شکل ۶-۲۱. آخرین نکته از اطلاعاتی را که می توان از منحنی تنش- کرنش بدست آورد میزان تافنس نشان داده شده توسط فلز مورد آزمایش می باشد. یاد آور می شویم که تافنس یا چقرمگی میزان توانایی جسم در جذب انرژی است. همچنین شما می توانید برای بارهای پایدار، تافنس را می توان از طریق محاسبه سطح زیر منحنی تنش- کرنش بدست آورد. بنابراین یک فلز با منحنی تنش- کرنش با مقادیر بالا دارای چقرمگی بیشتری نسبت به یک فلز یا منحنی تنش- کرنش و مقادیر پائین است. شکل ۶-۲۲ یک مقایسه بین دیاگرام تنش- کرنش برای فولاد فنری کربن بالا و یک فولاد ساخته فنر است. اگر مساحت زیر منحنی هر دو ماده با یکدیگر مقایسه شوند واضح است که مساحت زیر نمودار فولاد ساختمانی بسیار بیشتر است اگرچه فولاد فنری استحکام کششی بیشتری را از خود نمایش می دهد. بنابراین واضح است که فولاد ساختمانی فلز چقرمه تری است. در پی ادامه بحث آزمایش کشش واقعی اکنون لازم است تا چکش خواری یک ماده را اندازه گیری نماییم . این امر به دو طریق بیان می شود. درصد تغییر طول و درصد کاهش مساحت سطح. هر دو روش شامل اندازه گیری قبل و بعد از آزمایش می باشد. برای تعیین درصد تغییر طول، لازم است که از یک gauge قبل از وارد نمودن تنش به قطعه استفاده نماییم. بعد از این که قطعه دچار شکست شد، دو قطعه جدا شده را به یکدیگر می چسبانیم فاصله جدید بین دو gauge این فاصله را نشان می دهد. با داشتن اعداد طول اولیه و طول نهایی بین نشان گرهای gauge، قادریم تا درصد تغییر طول را همچنان که در مثال ۵ آروده شده است بیان نماییم.

مثال ۵: (تعیین درصد تغییر طول): طول اصلی gauge = 2.0 in

طول نهاییgauge 2.6 in=

طول اصلی – طول نهایی

%تغییر طول= ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ـــــــــــــــــــــــــــــــــ × ۱۰۰

طول اصلی

% تغییر طول

چکش خواری را میتوان از طریق محاسبه میزان گلویی شدن در حین آزمون کشش بیان کرد. این امر به درصد کاهش مساحت بر می گردد. بدین گونه که میزان مساحت سطح مقطع قطعه نمونه آزمون کشش را در قبل و بعد از آزمون اندازه گیری کرده و بایکدیگر مقایسه می کنیم. مثال۶ این محاسبات را نشان میدهد.

 مثال ۶:

تعیین درصد کاهش مساحت (% RA): مساحت اولیه=۰.۲ in۲ مساحت نهایی۰.۱ in۲

مساحت نهایی – مساحت اولیه

%کاهش سطح = ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ـــــــــــــــــــــــــــــــــ × ۱۰۰

مساحت اولیه


 وقتی که هر دو عدد به دست آمده از طریق درصد افزایش طول و کاهش مساحت را با یکدیگر مقایسه می کنیم به ندرت این دو عدد با یکدیگر برابر می شوند. معمولاً درصد کاهش سطح تقریباً دو برابر درصد افزایش طول می باشد.

 درصد کاهش سطح همچنین بیان کننده عبارتی برای تعیین چکش خواری یک فلز در اثر وجود یک شیار می باشد. به هر حال، بایستی درصد تعغییر طول مشخص شده را بیابیم اگر فقط از یک روش استفاده می کنیم.

 تست سختی:

سختی میزان مقاومت یک ماده در مقابل نفوذ یک شی می باشد. سختی یک فلز تقریبی برای استحکام آن ماده می باشد. تست سختی با استفاده از یک سری نافذ که بر روی سطح نمونه فشرده می شوند انجام داده می گردد.

بسته به نوع آزمون سختی انجام شده حتی عمق شی نفوذ کننده و قطر آن نیز اندازه گیری می گردد. سختی را می توان حتی به وسیله یک سری دستگاه های آلتراسونیک اندازه گیری کرد اما مبحث فوق فقط به روش های توضیح داده شده قبل محدود می گردد. سختی یک فلز را براحتی می توان تعیین نمود. روشهای بسیار زیادی برای تعیین عدد سختی وجود دارد. این گرو هآزمایش های تعیین سختی، عبارتند از: برنیل، راکول، میکرو سختی.

در کل تفاوت هر سه روش به تفاوت سطح مقطع حفره ایجاد شده در هر نوع بستگی دارد. حفره ایجاد شده درروش برنیل بزرگ ترین و در میکرو سختی کوچکترین حفره را داریم. روش برنیل، به طور کلی برای تعیین سختی فلزات سخت استفاده می شود. زیرا ناحیه ایجاد شده در اثر نفوذ وسیع می باشد. مشکلاتی که در اثر وجود نقاط نرم و سفت در قطعه وجود دارد دیگر نداریم. به طور کلی از نیروهای بزرگ برای تست برنیل استفاده می گردد و اشتباها و خطاهای ایجاد شده در اثر ناهمگونی سطح بسیار کم می گردد. برای انجام آزمون برنیل، ابتدا بایستی سطح را آماده سازیم. برای این کار لازم است تا سطح سنگ زنی و یا شن پاشی گردد تا یک سطح صاف برای انجام آزمون داشته باشیم. سطح بایستی صافی لازم را برای نفوذقطعه نافذ و اندازه گیری اثر آن داشته باشد. برای انجام آزمون برنیل، نافذ را توسط یک نیروی زیاد در سطح قطعه می فشاریم. یک بار این نیرو را بر می داریم و توسط یک ذره بین ابعاد حفره ایجاد شده را می خوانیم.برحسب اندازه و نوع نافذ، و قطر نهایی اثر ایجاد شده، عدد سختی برنیل (BHN ) را می توان تعیین نمود. به دلییل این که نافذ های آزمایش BHN مختلف می باشند، از روابط ریاضی برای تعیین سهتی برنیل استفاده می گردد. همچنین سختی برنیل را می توان به استحکام فلز نیز ربط داد. برای فولاد کربنی عدد BHN را در عدد۵۰۰ ضرب نموده و حاصل تقریباً با استحکام فولاد کربنی برابر می باشد. این رابطه برای الیاژها بکار نمی رود و فقط برای فولاد کربنی و فولادهای کم آلیاژی معتبر می باشد.

در تست سختی برنیل معمولاً ازیک کره یا ساچمه به قطر ۱۰ میایمتر که سخت کاری شده است و نیروی(icg)3000 بر سطح قطعه فشرده می شود انجام می گیرد. همان طور که شزایط انجام آزمایش تغییر می کند مانند سختی نمونه و ضخامت آن، تغییراتی در نوع و قطر ساچمه استفاده شده و نیروی به کار رفته نیز انجام می گیرد. انوا دیگر ساچمه که می توان در این آزمایش استفاده کرد، شامل ساچمه فولادی سخت شده به قطر ۵ میلیمتر و گلوله کارلیبر تنگستنی دارای ۱۰ میلیمتر قطر می باشد. برای فلزات نرم میروی ۵۰۰ کیلو گرمی استفاده می گردد. بارهای دیگراز ۵۰۰ تا ۳۰۰۰ کیلوگرم را با نتایج مشابه می توان استفاده کرد. انجام آزمایش با روش برنیل. شامل یک چکش سقوطی برای اثر بر روی قطعه و می قطعه آزمایشی به عنوان کالیبرلسیون می باشد. سختی قطعه با مقایسه قطر اثر و قطر اثر ایجاد شده برروی قطعه کالیبراسیون شده به دست می آید.

BHN به طور معمولی توسط اندازه گیرقطر اثر با میزان خوانده شده از جدول (۶-۲۳ ) به دست می آید.

 ۰۰۰۰ طی شده برای سختی BHN عبارت اند از: ۱- آماده ساز سطح نمونه ۲- اعمال بار لازم ۳-نگهداریبار یا نیرو برای زمانی مشخص ۴- اندازه گیری قطر اثر ایجاد شده ۵- تعیین BHN از جدول.

یک نکته مهم قابل توجه در روش بالا احتیاج به نگهداشتن نیرو برای یک زمان مشخص بر روی سطح قطعه بود. برای آهن و فولاد، این زمان بین ۱۰ تا ۱۵ ثانیه می باشد. فلزات نرم تر احتیاج به زمان تقریباً ۳۰ ثانیه دارند. وقتی که از مدلهای قابل حمل استفاده می گردد، این زمان نگهداری توسط یک نیروی هیدرولیکی بر روی قطعه تامین می گردد.

در دیگر روشها ی آزمایش، ممکن است از ضربه استفاده شود و دیگر احتیاج به نگهداری نیرو بر روی قطعه نداریم.

از روش شرح داده شده در آزمایش می توان پی برد که تست برنیل چقدر آسان می باشد. با وجود سادگی آن، نتایج آزمایش می تواند بسیار دقیق باشد، اما احتیاج به رعایت دقیق هر مرحله در مراحل مختلف آزمایش می باشد.

جهت اطلاعاات اضافیؤ با توجه آزمایش برنیل و رجوع به استاندارد ASTM E10، می توان از روش های استاندار تست برنیل در مورد فلزی آگاه شد. اکثر مواقع، جهت تست قطعات بسیار بزرگ لازم است آنها را در ایستگاه یک ماشین تست برنیل قرار دهیم. در این موارد، از یک ماشین تست سختی قابل حمل و نقل استفاده می گردد. این ماشین ها در شکل های مختلفی ارائه شده اند. اکا اصل و اساس آزمایش در همگی آنها یکی می باشد.

نوع دیگر تست سختی، آزمون تست راکول می باشد. این روش شامل استفاده از نافذهای مختلف و با قطرهای متفاوت می باشد که تغییراتی در اصل روشهای استفاده شده داده شده است. نافذ الماسی که در شکل۶-۲۴ نشان داده شده است و ساچمه های کروی دارای ابعاد اینچ می باشد. آزممون راکول با نافذهای کوچکتری نسبت به تست برنیل انجام میگیرد و اجازه می دهد که آزمایش را در یک سطح کوچکتری نیز انجام داد. با استفاده از یک از این نافذها می توان از نیروهای مختلفی برای اکثر فلزات استفاده کرد. نیروهای به کار رفته دارای مقادیر کمتری نسبت به روش برنیل می باشند که دارای محدوده ۶۰ تا ۱۵۰ کیلوگرم می باشد. گروهی از روشهای تست راکول وجود دارد که به عنوان تست سختی سطح انجام می گیرد. این روشها جهت تعیین تست سختی ورق ها و کابلها و سیم ها استفاده می گردند. بنابراین نیروی به کار رفته دارای مقادیر کمتری نسبت به دیگر روشهای راکول می باشد.

 جهت استفاده از تست سختی راکول، بایستی سطوح قطعات نازک را آماده کرد با استفاده از یک تکینک خوب می توان به نتایج دقیقی دست یافت. هنگامی که قطعه آماده می گردد، یک مقیاس مناسب با توجه به سختی تخمینی برای قطعه انتخای می گردد. مقیاسهای B وC کار برد های بیشتری دارند که B برای آلیاژهای نرم تر و مقیاس C برای انوا سخت تر می باشند. هنگامی که در مورد آلیاژ مورد آزماییش شک و تردید داریم، بهتر است از نوع A استفاده گردد.زیرا که دارای محدوده های سختی می باشد نوع B و C را پوشش می دهد. جدولهای تبدیل برای از یک مقیاس به یک مقیاس دیگر مهیا شده است. هنگامی که مقیاس مناسب انتخاب شد، واحدهای تست کالیبر، گرایه، قطعه در محل خود بر روی سندان یا میز ماشین قرار داده می گردد. سندان ماشین می تواند دارای شکلهای متفاوتی باشد که بستگی به قطعه مورد بررسییی دارد. دقت آزمون راکول بستگی شدیدی به دقت قطر و عمق نفوذ شی نافذ دارد. بنابراین اگر قطعه مورد بررسی به خوبی آزمایش و اندازه گیری نشود، نمی توان نتایج خوبی را از آنان انتظار داشت. تغییر در میزان اندازه گیری قطر به مقدار ۰.. ۰۰۰۰۸ اینچ می توان تغییر به میزان یک واحد را در نتیجه آزمایش داشته باشد. اشکالی ندارد کدام یک از مقیاس های راکول استفاده می گردد زیرا اصول آزمایش همگی آنها یکسان می باشند که در زیرآمده است:

 آماده اسزی سطح ۲- گذاشتن قطعه نمونه در محل خود ۳- اعمال نیروی کم با استفاده از یک اینچ با برنده ۴- اعمال نیروی سنگین تر ۵- رها کردن نروی زیاد تر ۶- خواندن اعداد شماره ها ۷- اعمال بار کمتر و سپس برداشتن نیرو. بار خفیف برای این استفاده می شود که لقی سیستم را بگیرد و دقت انجام آزمون را افزایش دهد.

شکل ۶-۲۷ به طور تصویری مراحل انجام هر گام را نشان می دهد. ۶-۲۳ نتایج بدست آمده از آزمون راکول را می توان با آزمون برنیل و سپس به استحکام کششی قطعه ربط داد.

  1. برای اطلاعات بیشتر در مورد آزمون راکول به استانداردASTEM E18، روشها استاندارد سختی راکول و آزمون سختی سطح راکول مراجعه شود. مشابه آزمون برنیل، unit های قابل حمل وجود دارد که از آنها جهت تعیین سختی راکول یک فلز می توان استفاده کرد. اگرچه نوع کاربرد آنها با یکدیگر فرق دارد ولی نتای حاصله یک خواهند بود. نوع دیگر سختی که در اینجا بحث می شود سختی میکرو می باشد. بدلیل این اسن روش را سختی میکرو گذاشته اند که اثر ایجاد شده برروی سطح نمونه

بسیار کوچک می باشد و از بزرگ کننده های مخصوص برای خواندن و اندازه گیری اعداد استفاده می شود.

سختی میکرو، در تعیین میکرو ساختار قطعه بیار مهم است. زیرا می تواند بر روی یکی از دانه های فلز انجام می گیرد و اطلاعات خوبی از میکرو ساختار آن به ما دهد. بنابراین، یک متالوژیست، علاقه خاصی به این آزمایش دارد.

  دو نوع اصلی از سختی میکرو وجود دارد، که سختی ویکرز و نوپ می باشند. هر دو از نافذهای الماسی استفاده می کنند اما شکل و ابهاد آنها با یکدیگر فرق می کند نمودار هر دو اثر نافذ در شکل ۶-۲۵ نشان داده شده است. ۶-۲۵ اثر مربعی نافذ ویکرز یک دندانه را در سطح قطعه ایجاد می کند که داری دو قطر مساوی می باشد. نافذ نوپ، اثری ایجاد می کند که دارای دو اندازه قطری کوچک و بزرگ می باشد.

  با استفاده از روشهای دیگر شما می توانید انتخابی از نیروهای آزمایش به خوبی انواع نافذها داشته باشید. معنی کلمه سختی میکرو یعنی این که میزان بار بکار رفته از ۱ تا ۱۰۰۰ گرم می باشد. به هر حال اکثر تست های میکرو سختی، از نیروهای بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ گرم استفاده می کنند. جهت انجام هر دو تست میکرو سختی نوپ و ویکرز، آماده ساز مهمترین پارامتر می باشد. حتی یک ناهمگونی کوچک در سطوح، می تواند باعث عدم دقت گردد. معمولاً برای آزمون میکرو سختی، سطح نمونه را طوری آماده می کنند که می خواهد تحقیقات متالوژیکی بر روی آن انجام دهندو اهمیت انجام این مرحله و پرداخت سطحی به این دلیل است که نیروی بکار رفته را کاهش دهیم. بعد از آماده سازی سطح نمونه را بر روی میکچر مخصوص و یا گیره جهت اعمال بار و پائین آمدن نافذ قرار می دهیم.

  اکثر ماشینهای تست میکرو سختی از یک حرکت مرحله ای برای قطعه کار کمک می گیرند تا دیگر نیازی به جابجایی و یا تنظیم دوباره قطعه نباشد. این وسیله ها وقتی براب خواندن تعدادی عدد در سطح نیاز ااست بسیار مفید می باشد. یک مثال از این کاربرد، تغییرات سختی و اندازه گیری آناه در طول مسیر یک یک جوش در ناحیهHAZ می باشد. نتیجه را می توان به تبدیل میکرو سختی نیز ارجاع داد. مراحلی که در تست میکرو سختی انجام می شود در زیر آورده شده است. ۱- آماده سازی نمونه ۲- قرار دادن نمونه در میکچر نگهدارنده ۳- موقعیت دادن سطح دلخواه با استفاده از میکروسکوپ ۴- انجام اثر گذای بر روی سطح ۵- اندازه گیری اثر گذاشته شده بر روی سطح ۶- تعیین میزان سختی با استفاده از جدول یا محاسبات مستقیم. استفاده از تست سختی اطلاعات زیادی را در مورد یک فلز به ما می دهد به هر حال روش آزمایش با کاربرد قطعه داده شده معین می گردد.

 تست چقرمگی یکی دیگر از خواص فلز تافنس یا چقرمگی می باشد. شما یاد گرفته اید که تافنس میزان قطعه در جذب انرژی می باشد. وقتی که تست استحکام کششی توضیح داده شد، به شما گفته شد که تافنس یا چقرمگی ماده را می توان از سطح زیر منحنی تنش- کرنش بدست آورد. این مقداری از انرژی است که توسط فلز می تواند جذب گردد وقتی که بار به آرامی بر آن اعمال می شود. به هر حال، در هنگام توضیح چقرمگی، شما به خاطر دارید که وقتی نیرو به سرعت اعمال گردد، مفهوم را به عنوان چقرمگی در نظر می گیریم یا استحکام ضربه می نامیم. توضیحی که در زیر آمده است روشهایی است که توسط آنها می توان خاصیت یک فلز را تعیین نمود. بنابراین، آزمایشهای مختلف استفاده شده در تعیین چقرمگی شیار شامل استفاده از ماشین ها و قطعه ای که بر روی آن یک شیار انداخته ایم و استفاده از نیروهای سریع و ضربه ای میباشد. از قبل به یاد دارید که دمای قطعه تاثیر مستقیمی ب نتایج آزمایش دارد. بنابراین آزمایش را بایستی در همان دمای کاری قطعه انجام داد. از هنگام پدید آمدن تست ضربه یا چقرمگی با وجود شیارؤ روشهای آزمایش گوناگونی برای تعیین این خاصیت از فلز پدید آمده اند. وقتی که توانایی جذب انرژی یک فلز بیان می گردد، بایستی فهمیده شود که فلز انرژی را در مراحل مختلفی جذب می کند. اول این که، بایستی انرژی به میزان کافی باشد تا ترک آغاز نماید. سپس انرژی اضافی لازم است تا باعث شود که ترک رشد کند و در سراسر قطعه پخش گرددبرخی از آزمایشهای تعیین چقرمگی می توانند میزان انرژی لازم برای ایجاد ترک را به طور مجزا از انرژی لازم برای انتشار ترک در قطعه اندازه گرفته در حالی که دیگر روش ها هر دو انرژی را با یکدیگر اندازه می گیرند این امر بسته به نظر خود مهندسی دارد تا چه روشی را برای کار خود انتخاب کند. گرچه تعداد زیادی از آزمایشهای تعیین چقرمگی وجود دارد، اما معمول ترین آنها انجام آزمایش شیارV چارپی است. قطعه استانداردی که برای این آزمایش لازم است یک میله۵۵ میلیمتری با سطح ممقطع مربعی۱۰×۱۰ می باشد. در امتداد یک از ضلعهای قطعه به دقت شیاری V شکل به عمق ۲ میلیمتر ایجاد کرده اند در انتهای این شیار یک شعاع به میزان ۰.۲۵ میلیمتر به دقت انداخته اند. ماششین کاری این شیار بسیار بحرانی می باشد. زیار مقدار کمی تغییر در آن باعث ایجاد تغیرات زیادی در نتایج به دست آمده می گردد. نمونه استاندارد چارپی در شکل۶-۲۸ آمده است۶-۲۸.

اندازه های سطح مقطع ک.چکتری در مواقعی که قطعه مورد استفاده کوچک باشد شامل میزان استاندارد می باشند. میزان ۲.۵,۵,۷.۵ میلیمتر می باشد.هنگام استفاده از این ابعاد بایستی احتیاط کرد زیرا اطلاعات به دست آمده از نمونه های با ابعاد توضیح داده شده میزان بالاتری نسبت به اطلاعات به دست آمده از نمونه استاندارد دارند. بنابراین ابعاد کمتر از میزان استاندارد z و نتایج آنها را نبایستی با اطلاعات حاصل از آزمون استاندارد مقایسه کرد مگر این که نیروهای به کار رفته را تصحیح نماییم.

 استانداردASTEM در بخش E23 جزئیات آزمون ضربه را بیان کرده است. هنگامی که قطعه را به دقت ماشین کاری کردیم، بایستی آن را تا دمای مورد نظر سرد نماییم. البته در شرایطی که دمای کاری زیر دمای اتاق باشد. این را می توان با استفاده از برخی مایعات یا گازهای موجود انجام داد. مخلوط آب و یخ معمولاً برای دماهای سرد معمولی به کار می رود و یخ خشک و استون را برای دمایهای خیلی پایین استفاده می کنند. وقتی که قطعه در دمای لازم قرار گرفته شد آن را به آرامی بر روی سندان ماشین آزمایش قرار می دهیم. نوع قرار گیری قطعه و سندان درشکل ۶-۲۹ آورده شده است. شکل۶-۲۹ ماشین استفاده شده در انجام تست ضربه در شکل۶-۳۰ نشان داده شده و شامل یک پاندول همراه یک سر ضربه زننده و یک سندان، اهرم رها شده و یک نشان گر همراه با یک مقیاس می باشد. ۶-۳۰

 از آنجائیکه ما علاقه داریم تا میزان انرژی جذب شده توسط نمونه را تا لحظه شکست بدست آوریم میزان انرژی مورد نظر را می توان توسط ارتفاع بدست آمده پاندول تعیین کرد. پس از رها شدن، پاندول به طرف پائین حرک خواهد کرد و پس از شکستن ماده در طرف دیگر تا ارتفاع مشخصی بالا خواهد رفت.

اگر پااندول به جسمی برخورد نکند تا جایی بالا می رود که به علامت صفر می رسد یعنی میزان انرژی جذب شده صفر است ولی وقتی با نمونه چارپی برخورد می کند، مقداری انرژی لازم است تا صرف شکستن نمونه گردد. این امر باعث می گردد پاندول به ارتفاع کمتری از میزان قبل برسد. این میران از ارتفاع تئسط یک نشان گر در طرف دیگر نشان داده می شود. وقتی که این مقیاس کالیبره شده باشد. ما می توانیم این میزان انرژی مورد نیاز را مستقیماً توسط نشان گر بخوانیم. این مقدار به انرژی شکست بر می گردد و اولین اطلاعاتی است که راجع به تست ضربه چارپی می توان به دست آورد. این انرژی برحسب فوت بر پوند ار انرژی جذب شده بیان می گردد. وقتی که این انرژی برحسب فوت بر پوند بیان می گردد مفاهیم دیگری برای توضیح حساسیت به شکاف و تافنس شکاف وجود دارد و با توجه به شکست نمونه چارپی و مشخصه های آن به دست می آیند.

این مقادیر به عنوان تغییر شکل جانبی و درصد برش معروف اند. تغییر شکل جانبی نوسط اندازه تتغییر شکل نمونه در حین شکست به دست می آید. برحسب mix یا هزار inch بیان می گردد. درصد برش یک عبارت برای میزان شکست سطحی است که به طور نرم یا برش خورده اتفاق می افتاده است. اشکالی ندارد که این روشهای اندازه گیری را استفاده کرد زیرا معمولاً یک سری آزمایشها را در نظر می گیریم. وقتی که یک سری از نمونه ها را در دماهای مختلف تستس کردیم می توانیم تعیین کنیم که با تغییر دما چه تغییری در نتایج به دست می آید. اگر ما این مقادیر را برحسب دما در یک نمودار رسم کنیم یک منحنی به دست می آوریم که یک ناحیه بالا و پائین و یک منطقه میانی تقریباً عمودی دارد. برای هر دسته از اندازه گیریها، دماهایی وجود دارند که مقادیر به طور ناگهانی افت می نمایند. به این دماها دمای تبدیل می گوییم که یعنی رفتار ماده از نرم به ترد تغییر می یابد. طراح بایستی بداند که فلز رفتار رضایت بخش تری را در بالای این دما از خود نشان می دهد. مثالی از این منحنی های تبدیل در شکل ۶-۳۱ نشان داده شده است.

علاوه بر تست چارپی، انواع دیگری وجود دارند که در کاربردهای دیگر بکار می روند. این آزمایشها برای اندازه گیری تافنس شیار شامل افتادن یک وزنه برای چکش خواری، bulg انفجاری؟ برش دینامیکی و باز شدن یک ترک (CTOD) به کار می روند. این آزمایشها از انواع مختلف نمونه ها و همچنین مقادیر پراکنده های از نیروها استفاده می کنند.

آزمون سلامت قطعه:

این گروه از آزمایشات برای کمک به تعیین سلامت یک قطعه معرفی شده اند. آزمون های سلامت، برای تعیین میزان توانایی ها و جوابگویی جوشکار و جوش انجام شده معرفی گشته اند. بعد از این که یک نمونه از قطععه جوشکاری شد. نمونه را برای آزمایش سلامت و این که آیا فلز جوش حاوی عیوب می باشد تسن می کنند. سه نوع از تست های مخرب سلامت وجود دارد. خمش، شکست ترک و شکست fillet (برای تعیین سلامت قطعه از تست ها غیر مخرب نیز می توان استفاده کرد، روش های مورد استفاده UTو RT می باشند.)

اولین نوع تست خمش است و می تواند به طرق مختلفی انجام گیرد. این نوع تست رایج ترین نوع ممکن برای بررسی توان ۰۰۰۰ مشخص جوشکار می باشد. انواع مختلف تست خمش معمولاً برحسب جهت جوش با توجه به خمش انجام گرفته، انجام می گیرند. سه نوع از نمونه های ج.ش خم شده وجود دارند. خمش سطح، ریشه و گوشه. با این سه نوع، جوش در امتداد محور طولی نمونه قرار گرفته و نوع آن به گوشه یا بغل جوش که در حین کشش تحت بار قرار گرفته است بر می گردد. آن یعنی، گوشه جوش در سطح خمش کش آمده و ریشه جوش تحت خمش ریشه ای واقع شده است و گوشه سطح مقطع جوش در خمش کناری واقع شده است. شکل ۶-۳۲ کش آمدن این سه نوع از نمونه های خمش را نشان می دهد. آزمون خمش معمولاً با استفاده از برخی ۰۰۰۰۰ خمش انجام می گیرند. سه نوع مختلف از آنها موجود است: خمش راهنمادار، خمش نورد شده مجهز به راهنما و خممش همراه با کمربند ۰۰۰۰ خمشی راهنما دار استاندارد، در شکل۶-۳۳ نشان داده شده است و شامل یک توپی و قاب می باشد.که نمونه را از حالت صاف به حالت مشکل در می آورد. برای انجام تست خمش، نمونه را بر روی شتنه های قالب در جهتی قرار می دهند که سطح کشش در جهت قالب باشد. آنگاه توپی به سمت پائین حرکت کرده و به سطح قطعه فشار آورده و باعث خمش ۱۸۰ درجه قطعه شدو آن را به شکل U در می آورد. نمونه را سپس برداشته و بررسی و تحلیل می نمایند.

نوع دوم از خمش های راهنمادار و ۰۰۰۰ آزمایشی مشابه ۰۰۰۰۰ خمش راهنمادار استاندارد می باشند به جز این که به یکroller به جای شانه های سخت شده قالب مجهز است. این امر اصطکاکبر خلاف جهت نمونه بالا برده و بارهای کمتری را برای رسیدن به خمش میسر می سازد. سومین نوع مرسوم جیگ های خمش به جیگ های کمر بنددار معروف اند.به این دلیل نام آنرا این طور انتخاب کرده اند که، نمونه با خم شدن دور بک پین به شکل کمربند در می آید و در شکل۶-۳۴ نشان داده شده ۶-۳۴ برخی از توانایی های جوش برای فلز فولاد نرم احتیاج به این دارد که نمونه دور یک ماندول همراه با قطری چهار برابر ضخامت نمونه پیچیده گردد. بنابراین یک نمونه اینچی به دور یک ماندول با قطر اینچ پیچیده می گردد. این باعث تغییر طول ۲۰%سطح بیرونی نمونه خوش می گردد. اگر یک ماندول خمش کوچکتر استفاده گردد، درصد تغییر طول افزایش می یابد. در تست کیفیت که فلز جوش بایستی بسیار محکم تر از فلز پایه باشد، ممکن است نمونه تمایل به پیچیده شدن در فلز مجاور فلز جوشی داشته باشد. تا اینکه اساساً ودرست به دور ماندول خم گردد. اگر جیگ کمربند شکل موجود نباشد، بهتر است از نمونه خو طولی استفاده شود تا از گونه های استاندارد بالا. هریک از این تست های خمش، نمونه بایستی به دقت آماده شود تا از برخی بی دقتی ها جلوگیری گردد. هر سنگی زنی یاSanding بایستی همان جهت سطح کششش انجام گرفته تا از لروز شکاه هایی که باعث بالا بردن تنش می گردند جلوگیری نماید. این امر باعث می شود که قطعه زودتر از آنچه که باید دچار شکست گردد. گوشه های نمونه بایستی شعاع زده شود یا پخ زده گردد تا از تمرکز تنش در گوشه ها به خوبی جلوگیری نماید. مقبولست تست خمش نمونه، معمولاً بر پایه اندازه و یا تعداد نا پیوستگی های نشان داده شده در سطح کشش معلوم می گردد این مشخصات باعث پذیرش یا عدم پذیرش آزمون می شوند.

  نوع بعدی آزمون سلامت به عنوان شکست شیار مطرح می گردد. این آزمون به طور وسیع در صنعت تاسیسات مطالبقAPI 1104انجام می گیرد. این روش سلامت قطعه را توسط شکست نمونه در جوش ارزیابی می کند و بنابراین سطح شکست توسط عیوب و ناپیوستگی های آن معلوم می گردد. شکست در منطقه جوش با استفاده از برش در ۲ یا ۳ ناحیه انجام می گیرد. یک نمونه شکست ها در اثر شکاف در شکل۶-۳۶ آورده شده است.۶-۳۶ .

 ووقتی که نمونه تحت اثر برش نوسط اره قرار داده شد، در یک کشش تحت R کشش قرار میگیرد و توسط یک چکش هنگامی که دو یز آن درگیره است و یا توسط ضربه یک چکش هنگامی که یک سر آن در گیره است می شکند. روش شکست معلو نیست، زیرا علاقه ما در دانستن ااین که چگونه شکست انجام می گیرد نمی باشد. هدف شکست نمونه در منطقه جوش است و در این صورت عیوب و نا پیوستگی ها نشان داده می گردند. سطح شکست را برای وجود نا خالصی ها، یا ذوب نا کافی بررسی می نمایند. اگر این عیوب وجود داشته باشند، اندازه گیری می گردند و آن گاه بر اساس محدودیت ها قطعه پذیرش یا عدم پذیرش می گردد.

مواردی که باید در API 1104 رعایت گردد در شکل۶-۳۷ آمده است۶-۳۷ ..

 آخرین تست سلامت که ذکر خواهد شدد تست شکستfillet جوش است. مانند دو نوع دیگر این تست سلامت، برای بررسی میزان تواننایی های شخص جوشکار به طور وسیعی استفاده می گردد. این تست تنها آزمونی است که برای مقایسه مهارت جوشکار یا AWS 0.1.1 انجام می گیرد. شکست نمونه جوش fillet در شکل۶-۳۸ نشان داده شده است. ۶-۳۸

 وقتی که جوش انجام یافت نمونه را یا بار گذاری مطابق شکل ۶-۳۹ ازمایش می کنند. ۶-۳۹ با این آزمایش بازرس در جستجوی سطحی است که دارای ظاهر خوبی باشد. علاوه بر این سطح شکست از این جهت که جوش از محاظ نفوذ فلز جوش در ریشه و درون فلز پایه چگونه است بازرسی می گردد. بایستی مطمئن شد که هیچ منطقه ای باقی نمانده است که در آن ذوب به صورت کافی نفوذ نکرده است و یا آخالی به بزرگی اینچ در ماگزیموم ابعاد وجود نداشته باشد. این تست سلامت به طور وسیعی در بسیاری صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال، بازرس جوش بایستی از نحوه بازرسی و ارزیابی این آزمایشها مطلع باشد و این که ممکن است برخی از این آزمایشها پیچیده باشند و برخی از موارد را بایستی رعایت نمود. به همین دلیل، برای بازرس جوش مطلوب است که مقداری وقت خود را بر روی انجام این آزمایشها صرف کند تا با بازرسی و تفسیر نتایج آشنا گردد. تست خستگی: آخرین تست مکانیکی که بحث می شود تست خستگی است. این نوعی از آزمایش است که ما را قادر می سازد تا استحکام خستگی یک فلز را تعیین نمایم. بارگذاری خستگی یک بار گذاری متناوب است. تست خستگی به طراح کمک می کند تا تعیین نماید تا چه میزان قطعه در مقابل خستگی مقاومت می نماید. هنگامی که با بار گذاری خستگی مواجه است.معمولاً یک سری از آزمایشهای خستگی تا رسیدن به حد تحمل فلز کامل می گردند. تست را در تنشهای مختلف انجامیمی دهند تا وقتی که برای برخی از تنشها دیگر قطعه یک عمر نامحدودی را از خود نشان دهد. و به خاطر این خستگی یک ماده به طور نسبتاً شدیدی با نحوه پرداخت سطح در ارتباط می باشد. تهیه کردن نمونه آزمون بسیار بحرانی است. یک خراش و عیب گوچک می تواند باعث تغییرات زیادی در نتایج آزمون گردد. بنابراین اگر دقت زیادی در هر مرحله صورت نپذیرد، نتایج حاصل معتبر نخواهد بود. تستها خستگی، به طرق مختلفی انجام می پذیرند. یک آزمایش مشخص بسته به نوع کارکرد قطعه در محیط دارد. بارگذاری می تواند خمش سطح، خمش دورانی، پیچش، کشش محوری، فشار محوری، و یا ترکیبی از اینها باشد. وقتی بارگذاری در جهت افقی یا عمودی انجام می گیرد سیکلها طوری است که قطعه مرتباً تحت فشار و کشش است. این امر در اکثر شرایط رخ می دهد. بازرس جوش بایستی آگاه باشد که جنبه های مختلف خستگی یک فلز چگونه اند اما به ندرت با تست های خستگی یک فلز برخورد می کند.

 تست های مخرب برای خواص شیمیایی یک فلز بسیار مهم می باشند. در واقع، آرایش شیمیایی یک فلز و عملیات حرارتی آن تعیین کننده اصلی خواص شیمیایی یک فلز است. در اکثر مواقع لازم است که ساختمان شیمیایی یک فلز تعیین گردد. سه روش متفاوت موارد زیر می باشند: اسپکتروگرافی، احتراق، آنالیز شیمیایی مرطوب می باشند. بازرس جوش به ندرت با آنالیز این روشها سروکار خواهد داشت. به هر حال او ممکن ااست مجبور باشد تا نمونه هایی را آماده سازد تا برروی آنها تحلی نماید. برای اطلاعات بیشتر در مورد آنالیز شیمیایی یک فلز به استانداردASTM این بخش مراجعه شود. یک روش مشخص که برای فولادها استفاده می گردد، آزمون های استاندارد و تمرینات برای محصولات فولادی و نحوه بررسیی و آنالیز شیمیایی آنها است. آنالیز فلزات می تواند توسط اشعه X و فلورسانس انجام گیرد. از آنجائی که این تکنیک به آنالیز المان محدود می گردد می تواند در جداسازی آلیاژها و ترکیب آنها مفید واقع گردد. وقتی که فقط جداسازی لازم است، آزمون ها را می توان برپایه خواص مغناطیسی و تغییر رنگ ها انجام داد همچنین واحدهای اسپکتروگرافی قابل حما ونقلی موجود می باشد وقتی که زمینه دقیقتری از اطلاعات را می خواهیم. گروه دیگر از آزمایشهایی که به طور کل در تستس های شیمیایی جای می گیرند، آزمون های سایش و خوردگی می باشند. اینها آزمون های ویژه ای هستند که برای تعیین میزان مقاومت به خوردگی فلزات و یا ترکیبی از انها استفاده گردد هر ساله میلیون ها دلار صرف جبران خوردگی فلزها می گردد. یک تخمین ضرر ۱۲۰ میلیون دلاری را حاکی می باشد. برای طراحان بسیار مهم است که یک فلزچه رفتاری را در یک محیط خورنده از خود نشان می دهد. آزمون های مورد استفاده در تعیین مقاومت به خوردگی در شرایطی بسیار شبیه به شرایط کارکرد آنها انجام می پذیرند. برخی ازاین ملاحظات که بایستی رعایت گردند، ساختار شیمیایی محیط خوردنده و دما، وجود رطوبت و یا وجود اکسیژن و دیگر فلزات و میراان تنش است. اگر هر یک از این شرایط، نادیده گرفته شوند، تست خوردگی نتایج غیر معتبری را خواهد داد. آزمون متالوگرافی: راه دیگر درباره فراگیری خصوصیات یک فلز و یا جوش از طریق آزمونهای متالوگرافی است.ای آزمایشها به طور اساسی از جدا کردن قسمتی از قطعه کار و یا جوش فلز و سپس پولیش کردن آن تا میزان بالا تشکیل شده است. وقتی که قطعه آماده شد آن را با چشم غیر مصلح و یا استفاده از میکروسکوپ تحلیلی می نمایند.

آزمونهای متالوگرافی، عموماً به میکروسکوپی و ماکروسکوپی دسته بندی می گردند. آنها برحسب تغییر در بزرگ نمایی با یکدیگر تفاومت دارند. ماکروتستهاؤ در بزرگ نمایی ۱۰ برابر یا زیر آن انجام می گیرند. میکرو تستها با بزرگ نمایی ۱۰ برابر و یا ۱۰۰ برابر و یا بیشتر انجام می گیرند. تعدادی از مشخصه ها را می توان در ماکروتست مشاهده نمود. سطح مقطع جوش را می توان مثلاً برای تعیین میزان نفود جوش مثال زده همچنین عمق نفوذ و گلویی موثر، تستس سلامت جوش و درجه ذوب، وجود برخی عیوب در جوش و ظاهر جوش و تعدادی دیگر مثل تعداد پاسها ی جوش را می توان تعیین نمود.

نمونه های میکروگرافی را برای تعیین مشخصه های مختلف می توان به کار برد. شامل وجود آخال ها، وجود عیوب میکروسکوپی وجود ترک های ریز و دیگر موارد. به طور مشابه نمونه های آزمون میکروگرافی در شکل۶-۴۱ نشان داده شده است.۶-۴۱

تست های متالوگرافی هر دو می توانند در آنالیز خستگی و روش جوشکاری و توانمندی های اپراتور جوشکار مهم باشند. دو نوع از نمونه ها در میزان آماده ساری نیز با هم فرق می کنند. برخی نمونه های ماکرو برای سنگ زنی غیر دقیق می توانند تا سطح ۸۰ سنگ زنی گردد ولی تست های میکرو احتیاج به نمونه های در حد ۶۰۰ و ایجاد سطوح بسیار صاف دارند. هر دو احتیاج به به اچ کردن دارند تا ساختمان آن را معلوم کند، اچ کردن توسط محلول اچ انجام می گیرد که لایه های سطح را بردارد و دانه های آن را معلوم کند. اطلاعات قابل ملاحظه ای درباره خصوصیات یک فلز با تست های میکرو و ماکرو می توان به دست آورد. تست های متالوگرافی ابزاری مهم برای طراح و بازرس می باشند.

خلاصه: تعداد زیادی از جزئیات با انجام تستهای مخرب در دسترس بازرس جوش قرار میگیرد تا تصمیم گیری را در مورد خصوصیات یک فلز انجام دهد. اگر چه بازرس مسئ.لیتی در قبلا انجام این آزمایشها ندارد ولی مهم است که او بداند که چه اطلاعاتی را می توان با انجام این ازمون به دست آورد. اگرچه اکثر این آزمون ها بسیار واضح به نظر می رسند و خیلی از آنها به چشم نمی آیند. بنابراین، بازرس بایستی با افراد تجربه دار کار کرده قبل از این که خود اقدام به انجام دادن آنها نمایند.

مطالب مرتبط
نظرات شما باعث دلگرمی و پیشرفت ما می شود.

telegram: @EngPedia_ir

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *