Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Shirani,MohammadReza Forouzan,Mahmoud Farzin
مهدی شیرانی (استاد راهنما) محمدرضا فروزان (استاد مشاور) محمود فرزین (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Daneshkhah
احسان دانشخواه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Investigation of welding process and fatigue behavior of high carbon steel welded wires under axial loading
High carbon steel wires are used in many different industries. The length of wires are usually very high in their application. Precise and controlled welding process for the connection of these wires in order to provide basic requirements of their service is very important. Due to considerable influence of welding process on the fatigue behavior of these wires, fatigue design and evaluation for welded wires is vital. To the author’s knowledge, there is no published data about welding process and fatigue design of these wires in the standards and relevant articles, until now and only basic requirements of welded wires are mentioned in some references. Selection of suitable welding process for the connection of these steel wires in order to provide required tensile strength is very challenging and this is due to high carbon percent of base material and formation of brittle martensitic structures in welded areas and very small dimensions of cross-section. The main objective of this thesis is selection of suitable welding process for these wires and optimization of welding parameters in order to provide required tensile strength and the investigation of fatigue strength of welded wires under cyclic loading. Thus, theoretical and practical results are presented. Due to very small dimensions of cross-section and high carbon percent of the material, while considering practical limitations of welding process, three welding processes of Tungsten Inert Gas, Laser Beam Welding and Flash Welding are focused among others. Tensile axial tests are performed on the welded specimens and weld qualities are compared in different states. It was observed that welding process of Tungsten Inert Gas provides the required strength. In order to assure optimum welding conditions, radiographic non destructive tests are performed on the welded specimens. Axial fatigue tests on TIG welded specimens are performed in four stress levels and relevant S-N curves are extracted and compared with the conventional steel fatigue design methods. Fractographic tests are used to determine the cause of failure and fracture type of welded specimens. Cleavage structures are mainly observed in the cross section of failed specimens under cyclic loading which is a sign of brittle fracture for the investigated high carbon steel. Keywords: High carbon steel wires, Welding processes, Tungsten Inert Gas, Design and fatigue analysis based on S-N curves.
از سیم های فولاد پرکربن در صنایع مختلف استفاده می شود، این سیم ها معمولا در طول های بسیار زیاد مورد استفاده قرار می گیرند. انجام عملیات جوشکاری دقیق و کنترل شده برای اتصال این سیم ها در جهت تامین شرایط مورد نیاز آنها ضرورت دارد. از آنجا که فرآیند جوشکاری رفتار خستگی این سیم ها را به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر قرار می دهد، طراحی و تحلیل رفتار خستگی این اتصالات نیزدارای اهمیت ویژه ای می باشد. تاکنون در استانداردهای طراحی و مقالات انتشاریافته مرتبط، در زمینه روش جوشکاری و خستگی این اتصالات مطلبی انتشار نیافته است و فقط به شرایط حداقلی مورد نیاز برای آنها اشاراتی شده است. انتخاب فرآیند جوشکاری مناسب برای اتصالات این سیم های فولادی که بتواند استحکام مورد نیاز طراحی را فراهم کند، مسئله ای چالش برانگیز محسوب می شود که ناشی از درصد کربن بالای ماده پایه و ایجاد ساختارهای ترد در نواحی جوش شده و هم چنین ابعاد بسیار کم سطح مقطع می باشد. هدف از این پژوهش انتخاب روش جوشکاری مناسب و بهینه سازی متغیرهای فرآیند جوشکاری در راستای تامین شرایط مورد نیاز و هم چنین بررسی استحکام خستگی اتصالات تحت بارهای چرخه ای بوده است که نتایج تحقیقات علمی و عملی به‌دست‌آمده در این زمینه ارائه می گردد. در میان روش های جوشکاری با توجه به ابعاد بسیار کم سطح مقطع این سیم های فولادی و هم چنین مقدار درصد کربن بالای آنها و با در نظر گرفتن امکان عملیاتی فرآیند جوشکاری، 3 روش جوشکاری قوسی تنگستن-گاز خنثی، جوشکاری با اشعه لیزر و جوشکاری جرقه ای مورد توجه قرار گرفتند و متغیرهای هرکدام از این فرآیندها در راستای دستیابی به اتصالی بهینه با بهترین کیفیت ممکن، مورد ارزیابی قرار گرفتند. با انجام آزمون های کشش تک محوری و مقایسه کیفیت جوش نهایی در این روش ها، مشاهده شد که فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز خنثی شرایط مورد نیاز برای تامین استحکام مورد نیاز را فراهم می آورد. در راستای اطمینان از بهینه بودن متغیرهای این فرآیند جوشکاری و تاییدکیفیت جوش، آزمون های غیر مخرب رادیوگرافی بر روی نمونه ها انجام گرفتند. در ادامه با توجه به انتخاب فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز خنثی، بررسی رفتار خستگی این اتصال جوشی مورد توجه قرار گرفت. بنا بر کاربرد مورد انتظار از سیم های جوش شده، آزمون های خستگی تک محوری در چهار سطح تنش انجام گرفتند و منحنی تنش-عمر مربوط به طراحی خستگی استخراج گردید و با نتایج مربوط به روش های مرسوم طراحی خستگی فولادها مورد مقایسه قرار گرفت. هم چنین آزمون های فرکتوگرافی جهت تحلیل نوع رفتار خستگی و نوع شکست ماده انجام گرفتند و در اکثر موارد ساختارهای ورقه ای و رخ برگی در سطوح مقطع شکست مشاهده شد که نشانگر رفتار نسبتا ترد این فولاد پرکربن هنگام شکست می باشند. کلمات کلیدی: سیم های فولادی پرکربن، فرآیندهای جوشکاری، روش قوسی تنگستن-گاز خنثی، طراحی و تحلیل خستگی بر اساس رفتار تنش-عمر.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی