۱۹۵۹۵پ
per
بررسی اثر فشار لوله اصلی در فوران جوشکاری حین کار اتصالاتT شکل
Investigating the effect of main pipe pressure on the Burn-Through during the in-service welding of T-shape joints
/محمدرضا قوی
: فنی مهندسی مکانیک
، ۱۳۹۷
، افشار
۹۰ص
چاپی - الکترونیکی
کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی
۱۳۹۷/۰۶/۱۹
تبریز
عملیات جوشکاری که در آن توأم با جریان داخلی لوله اصلی، عملیات اتصال انجام می‌گیرد به جوشکاری حین‌کار معروف است .این فرآیند در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد فراوانی دارد چراکه هزینه آن را به علت عدم نیاز به قطع جریان و تخلیه لوله اصلی بطور چشمگیری کاهش می‌دهد .از مشکلات عمده‌ی این نوع جوشکاری می‌توان به احتمال وقوع پدیده فوران ، ترک خوردگی القایی هیدروژنی و ترک گرم اشاره نمود .بررسی این مشکلات به دلیل تأثیر آنها در رفتار مکانیکی مقاطع اتصال از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است .بنابراین باید اطمینان کافی از امکان جوشکاری حین‌کار طی انجام بررسی‌های لازم بر مبنای استانداردهای موجود یا محاسبات لازم حاصل شود که این روند مورد توجه مراکز صنعتی مختلف می‌باشد به ویژه اگر سیال داغ یا قابل انفجار و یا مسموم کننده‌ای از خط اصلی عبور کند .با توجه به مشکلات فنی، هزینه بالا وصرف زمان زیاد در بررسی تجربی جوشکاری حین‌کار با شرایط متفاوت) جنس، اندازه و پارامترهای جوشکاری(، از روش‌های عددی در این خصوص استفاده می‌شود .برای جلوگیری از وقوع پدیده فوران، طبق استانداردهای موجود دمای داخلی لوله نباید از حد مشخصی تجاوز نماید .با توجه به اینکه اثر فشار داخل لوله اصلی در شرایط مختلف جوشکاری بطور صریح در استانداردها لحاظ نشده است، برای مطالعه‌ی دقیق‌تر موضوع، لازم به نظر می‌رسد که فرآیند جوشکاری علاوه بر تحلیل حرارتی بر مبنای تئوری‌های الاستوپلاستیک، به‌صورت مکانیکی نیز مدلسازی و تحلیل شود تا اثر فشار داخل لوله اصلی بصورت کمی و کیفی مشخص گردد .در این پژوهش میدان‌های حرارتی و تنش‌های مکانیکی توأم با فشار داخلی لوله‌ی اصلی در حین جوشکاری اتصالT شکل مورد بررسی قرار خواهد گرفت تا بتوان پیش‌بینی بهتری از پدیده فوران تحت شرایط مختلف جوشکاری بدست آورد .بدین منظور ابتدا مدل المان محدود اتصال و فرآیند جوش بر اساس روش تولد و مرگ المان و مدل منبع حرارتی دو بیضوی تشکیل شده و سپس با حل عددی آن میدان‌های حرارتی در اطراف محل جوش تعیین خواهد شد .در مرحله بعد به‌صورت غیرمستقیم با استفاده از میدان‌های حرارتی بدست آمده تنش‌های حرارتی در حضور تنش‌های مکانیکی ناشی از فشار داخلی در لوله اصلی تعیین خواهند شد .با انتخاب دو جنس فولاد زنگ‌نزن ۳۰۴ و فولاد کربنی ۱۰۲۰ طیف گسترده‌ای از ضریب هدایت حرارتی در میان فولادهای صنعتی پوشش داده می‌شوند .همچنین با مدلسازی فرآیند جوشکاری بصورت تابعی از زمان و در درجه حرارت‌های بدست آمده از تحلیل حرارتی، پدیده فوران مورد مطالعه قرار می‌گیرد .نتایج با داده‌های ارائه شده در ادبیات فن مقایسه و پیشنهادات و راهکارهای لازم ارائه خواهند شد
The welding operation, which is performed in conjunction with the internal flow of the main pipe, is known as in-service-welding. This process is widely used in the oil, gas and petrochemical industries, as it dramatically reduces the service time, cost of disrupting flow and draining the main pipe. The major problems of this type of welding are the possibility of burn-through, hot-cracking and hydrogen induced cracking. The study of these problems is of particular importance due to their effect on the safety of joining operation. Therefore, there should be a sufficient assurance in terms of in-service welding condition and safety. This is based on conducting the necessary examinations concerning the existing standards or calculations, especially if hot, explosive or poisonous fluid passes through the main line. Due to the technical problems, high cost and high time required to carry out experimental study of in-service welding with different conditions (material, size and welding parameters) there is a great tendency to use numerical methods for this purpose. In order to prevent the occurrence of the burn-through phenomenon, the internal temperature of the pipe must not exceed a certain limit in accordance with the current standards. Due to the fact that the effect of the main pipe internal pressure in different welding conditions is not explicitly included in the standards. To overcome this shortcoming, a more detailed study of the welding process is required which, includes thermos-mechanical analysis based on the elastoplastic theory. In this way, the effect of welding condition, material properties and main pipe internal pressure can be investigated quantitatively and qualitatively based on the the results of the numerical simulation. In this study, the thermal fields and mechanical stresses associated with the welding of T-shaped joint and main pipe pressure will be investigated in order to obtain a better prediction of the burn-through under different welding conditions. For this purpose, first, a finite element model of the welding connection and its process is performed based on the element's birth and death method and the modified two-elliptic thermal source model. Then, the temperature gradients around the welding zone have been obtained using the numerical solution. In the next step, using thermal fields as input data, thermal and mechanical stresses are determined with uncoupled method. The former stresses are induced due to the input heat and the latter are caused by the internal pressure in the main tube. Two types of steel alloys: stainless 304 and carbon steel 1020 are selected because of their wide range of thermal conductivity coefficients. The model is using the welding process as a function of time and temperature. The results are compared with the experimental data and those presented in the literature and solutions will be provided. The results show that main pipe internal pressure up to 100 bar has no significant effect on the thermo-mechanical stresses around the welding zone which are induced during the welding process. Also it has been concluded that ultimate tensile strength is more appropriate criterion to establish the possibility of the burn-through rather than the yield strength
Investigating the effect of main pipe pressure on the Burn-Through during the in-service welding of T-shape joints
قوی، محمدرضا
Ghavi, Mohammad reza
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
