شماره ركورد
34046
پديد آورنده
مسعود سبزي
عنوان
تأثير جوشكاري GTAW و GTAW ضرباني بر خواص مكانيكي، حساسيت به تردي هيدروژني و خوردگي ترش اتصال غيرمشابه A105 – 316L
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/08/28
استاد راهنما
دكتر حميدرضا جعفريان - دكتر عليرضا ايواني
استاد مشاور
دكتر امين عبداله زاده - دكتر سيدهاشم موسوي انيجدان
دانشكده
مهندسي مواد و متالورژي
چكيده
در اين پژوهش، تأثير متغيرهاي جوشكاري GTAW ضرباني بر تحولات ريزساختاري، تردي هيدروژني، خوردگي ترش و خواص مكانيكي اتصال غيرهمجنس 316L-A105 بررسي شد. براي اين منظور، اتصالات جوشكاري فولادهاي 316L-A105 با دو نوع جريان پيوسته (CCGTAW) و پالسي (PCGTAW) در شرايط مختلف جريان پيك، جريان زمينه، فركانس و زمان روشنايي پالس، و با استفاده از فلزات پركننده ER309L و ER2535 تهيه شدند. براي بررسي تحولات ريزساختاري و فازي از ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FE-SEM) و آناليز پراش اشعه ايكس (XRD) استفاده شد. همچنين، براي ارزيابي تغييرات خواص مكانيكي اتصالات جوشكاري شده از تستهاي كشش تكمحوره، ضربه شارپي و ميكروسختي ويكرز استفاده گرديد. در نهايت براي بررسي شكستنگاري، بعد از تستهاي كشش و ضربه شارپي، سطوح شكست بوسيله FE-SEM بررسي شدند. براي بررسي رفتار خوردگي ترش از تستهاي پتانسيل مدار باز و پلاريزاسيون سيكلي در محيط نفت ترش حاوي هيدروژن سولفيد (H2S) استفاده شد. همچنين، مكانيزم تردي هيدروژني در اتصالهاي غيرمشابه تهيه شده، بوسيله روش شارژ هيدروژن (روش غوطهوري در NACE TM0284-Solution A) و بلافاصله تست كشش با نرخ كرنش آهسته (SSRT) بررسي شد. پس از تست SSRT، براي شكستنگاري سطوح شكست و بررسي احتمال تشكيل ترك هيدروژني در سطح شكست، از FE-SEM استفاده شد. مشاهدات ريزساختاري نشان داد كه ريزساختار فلز جوش (WM) به صورت آستنيتي-فريتي و شامل دندريتهاي ستوني و هممحور ميباشد. بهنحوي كه تغيير حالت جوشكاري از CCGTAW به PCGTAW، و با افزايش Ib و كاهش Ip ، افزايش فركانس پالس از 30 به Hz90، و كاهش زمان روشنايي پالس از 75 به 50 درصد در فرآيند PCGTAW، منجر به تغيير ريزساختار WM از حالت ستوني به هممحور و بسيار ريز، و كاهش پهناي منطقه ذوب جزئي (PMZ) و منطقه متأثر از حرارت (HAZ) شده است. نتايج آناليز XRD حكايت از آن داشت كه فاز غالب و صفحه كريستالي مرجح بافت كريستالي در WM، به ترتيب فاز آستنيت و صفحه (111) ميباشد. در تست كشش، همه اتصالهاي تهيه شده از سمت فولاد A105 با استحكام تسليم در محدوده MPa8±250، استحكام كششي در محدوده MPa9±484 و كرنش شكست در محدوده %2±30 شكسته شدند. نتايج تستهاي ميكروسختي و ضربه شارپي بيانگر اين امر بود كه تغيير حالت جوشكاري از CCGTAW به PCGTAW، افزايش Ib و كاهش Ip ، افزايش فركانس پالس و كاهش زمان روشنايي پالس در فرآيند PCGTAW، منجر به افزايش مقدار ميكروسختي و انرژي شكست WM ميشود. شكستنگاري سطوح شكست اتصالات تهيه شده نشان داد كه شكست كاملاً داكتيل در هر دو تست كشش و ضربه شارپي رخ داده است. نتايج شارژ هيدروژني و SSRT گوياي اين واقعيت بود كه استفاده از PCGTAW نسبت به CCGTAW، منجر به افزايش شديد استعداد به تردي هيدروژني با مشخصههاي كاهش كرنش شكست، تشكيل تاولها و تركهاي هيدروژني شده است. بطوريكه در SSRT، اتصال جوشكاري شده از سمت ناحيه HAZ فولاد A105 دچار شكست كاملاً ترد شده است. بررسي نتايج تستهاي خوردگي نشان داد كه WM استعداد به خوردگي حفرهاي نداشته و استفاده از PCGTAW نسبت به CCGTAW، منجر به كاهش نرخ خوردگي WM در محيط ترش شده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/01
عنوان به انگليسي
Effect of GTAW and pulsed GTAW welding on the mechanical properties, susceptibility to hydrogen embrittlement, and sour corrosion of A105-316L dissimilar joints
تاريخ بهره برداري
11/19/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مسعود سبزي
چكيده به لاتين
The aim of the present study was to investigate the effect of pulsed GTAW welding variables on the microstructural changes, hydrogen embrittlement, sour corrosion and mechanical properties of A105-316L dissimilar joints. For this purpose, A105-316L dissimilar joints were welded using two types of continuous current (CCGTAW) and pulsed current (PCGTAW) under different conditions, including peak current (Ip), background current (Ib), frequency, and %On time, with ER309L and ER2535 filler metals. Optical microscopy, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and X-ray diffraction (XRD) were used to analyze the microstructural and phase changes. Also, uniaxial tensile, Charpy impact and Vickers microhardness tests were utilized to evaluate the changes in the mechanical properties of the welded joints. Finally, for fractography, after tensile and Charpy impact tests, the fracture surfaces were examined by FE-SEM. To investigate the sour corrosion behavior, open circuit potential and cyclic polarization tests were used in sour oil containing hydrogen sulfide (H2S). Likewise, the hydrogen embrittlement mechanism in the prepared dissimilar joints was evaluated by hydrogen charging method (immersion method in NACE TM0284-Solution A) which immediately followed by the slow strain rate tensile test (SSRT). After the SSRT test, FE-SEM was utilized for fractography of fracture surfaces and analyzing the possibility of hydrogen cracking formation at the fracture surface. Microstructural observations demonstrated that the microstructure of the weld metal (WM) is austenitic-ferritic including columnar and coaxial dendrites, so that changing the welding mode from CCGTAW to PCGTAW, and by increasing Ib and decreasing Ip, increasing the pulse frequency from 30 to 90 Hz, and decreasing the %On time from 75 to 50 in the PCGTAW process contributed to a change in the WM microstructure from columnar to coaxial and very fine, and decreased the width of the partially melting zone (PMZ) and heat-affected zone (HAZ). The results of XRD analysis indicated that the dominant phase and the preferred crystal plane of the crystal texture in WM are the austenite phase and the (111) plane, respectively. In the tensile test, all joints prepared from the A105 steel side were fractured with yield strength in the range of 250±8 MPa and a tensile strength in the range of 484±9 MPa, T.El. of 30±2%. The results of microhardness and Charpy impact tests indicated that changing the welding mode from CCGTAW to PCGTAW, increasing Ib and decreasing Ip, increasing pulse frequency and decreasing %On time in the PCGTAW process increased the microhardness value and fracture energy of WM. Fractography of the fracture surfaces of the prepared joints showed that a completely ductile fracture occurred in both tensile and Charpy impact tests. The SSRT results indicated that the use of PCGTAW over CCGTAW increased the susceptibility to hydrogen embrittlement dramatically, with the characteristics of hydrogen blistering and cracking. In SSRT, the welded joint from the HAZ side of A105 steel suffered from a completely brittle fracture. The results of the corrosion tests showed that WM was not susceptible to pitting corrosion, and the use of PCGTAW compared to CCGTAW led to a decrease in the WM corrosion rate in sour environments.
كليدواژه هاي فارسي
جوشكاريPCGTAW , تردي هيدروژني , اتصال غيرمشابه , خوردگي ترش , تحولات ريزساختاري , خواص مكانيكي , فولاد L316 , فولاد 105A
كليدواژه هاي لاتين
PCGTAW welding , Hydrogen embrittlement , Dissimilar joint , Sour corrosion , Microstructural changes , Mechanical properties , 316L steel , A105 steel
Author
Masoud Sabzi
SuperVisor
Hamid Reza Jafarian, Ali Reza Eivani