Click here to load reader

OBRANA DOKTORSKOG RADA.ppt

  • View
    16

  • Download
    7

Embed Size (px)

Text of OBRANA DOKTORSKOG RADA.ppt

  • UTJECAJ SADRAJA VODIKA NA ZAVARLJIVOST ELIKA API 5L X80Obrana doktorskog radaMentor: Pristupnica:Prof.dr.sc. Slobodan KraljTanja Tomi Kovaevi, dipl.ing.Zagreb, 2012.*

  • Pregled doktorskog radaUvodPregled i analiza dosadanjih istraivanjaEksperimentalni radRezultati, analiza i raspravaZakljuakLiteratura

    *

  • PredgovorPredmet mnogih istraivanja je degradacija materijala uzrokovana vodikom u proizvodnji i eksploataciji

    Ulazak vodika u metal ovisi o vrsti metala, o koncentraciji vodika i kemijskom obliku u kojem se nalazi, o topljivosti vodika, naprezanju

    Veu izloenost degradacijskim mehanizmima uzrokovanim vodikom pokazuju C-Mn elici u iju skupinu pripada elik API 5L X80 proizveden TMCP (Thermo Mechanical Controlles Process) tehnologijom

    *

  • *Proizvodnja TMCP elikaAPI 5L X80

  • *

  • Motivacija istraivanjaUtvrditi uvjete zavarivanja pri kojima nee doi do pojave hladnih pukotinaUtvrditi kritinu koncentraciju vodika pri kojoj nastaju pukotine na eliku API 5L X80Definirati matematike modele za uvjete zavarivanja unosa topline i temperature predgrijavanja u ispitivanom podrujuAnalizirati mikrostrukturu metala zavara i zone utjecaja topline s ciljem odreivanja njezine osjetljivosti prema vodikom induciranim pukotinama u eksploataciji*

  • Hipoteze radaMogue je odrediti koliinu unesenog vodika koja ovisi o unosima topline pri zavarivanju i temperaturama predgrijavanja prema zakonitostima modela difuzije vodikaMogue je utvrditi uvjete za nastanak hladnih pukotina, te povezati nastanak hladnih pukotina sa sadrajem unesenog vodika pri zavarivanjuMogue je utvrditi uvjete zavarivanja s najmanjim unosom vodika i najmanje opasnosti od pojave hladnih pukotina*

  • Sustav i organizacija istraivanja *

  • Pregled dosadanjih spoznajaVodik u materijal ulazi u atomarnom stanjuU materijalu se moe nalaziti u atomarnom H (ili ioniziranom stanju H+) ili molekularnom stanju H2 (plinski ukljuci)Vodik moe uzrokovati lom visokovrstih materijala i pojavu mjehuria (engl. blister) i unutranje pucanje materijala na mjestima uz ukljukePoznate su razliite teorije o mehanizmima djelovanja vodika ali ne postoji univerzalan model koji bi mehanizam objasnio

    *

  • Saetak radaOsnovni materijal: elik API 5L X80FCAW postupak, zatitni plin M21 prema HRN EN 4393 razliita dodatna materijala u obliku prakom punjenih icaGlicerinska metoda JIS Z 3118:1992Implant test ISO 17642-3:2005Centralno kompozitni plan pokusa (14 stanja pokusa sa 6 ponavljanja u centru)Nezavisne utjecajne varijable: E (kJ/cm) i Tp (C)

    *

  • Oblikovanje eksperimenta: Polazna toka je definiranje plana pokusa s ciljem mogunosti kontrole utjecajnih faktora u istraivanom procesuMetodologija odzivne povrine (RSM Response Surface Methodology): 2 nezavisne varijable, 2 odziva Y1 (Y2)=f(X1, X2) + Eksperimentalni rad*

  • Jednadba plana pokusa glasi:

    HD, RIK = f(E, Tp) +

    Eksperimentalni radGdje su: HD koliina difundiranog vodika, ppm ili ml H2 / 100 g zavaraRIK kritino implant naprezanje, N/mm2E unos topline, kJ/cmTp temperatura predgrijavanja, C - um ili pogreka*

  • Odabran je centralno kompozitni plan pokusa

    Plan pokusaPrikaz parametara zavarivanja prema stanjima pokusa i CCD plan pokusa za 2 faktora *

  • Stanja pokusa i odgovarajui parametri zavarivanjaStanja pokusa *

  • Pregled parametara zavarivanja prema stanjima pokusaParametri zavarivanja*

  • Specifikacija dodatnog materijala Specifikacija osnovnog i dodatnog materijalaSpecifikacija osnovnog materijala kemijski sastav*

  • Specifikacija osnovnog materijala mehanika svojstva Specifikacija osnovnog i dodatnog materijala*

  • Pregled opreme za eksperimentalni radOprema za zavarivanje ureaj i sustav za automatsko zavarivanje

    *

  • *Pregled opreme za eksperimentalni radOprema za predgrijavanje

    Laserski digitalni termometar

  • Pregled opreme za eksperimentalni radOprema za mjerenje koliine difundiranog vodika prema JIS Z 3118:1992*

  • *Ispitivanje zavarljivosti implant testomOprema za implant test prema normi ISO 17642-3:2005

  • Preuzeto iz norme ISO 17642-3:2005

    *Osnovna ploe i implant epruveta

  • Izgled pripremljenog implant uzorka od API 5L X80 materijala*Implant uzorak Strojno obraen cilindrini umetak tono definiranog promjera, oznake metrikog normalnog navoja M8

  • Slike prikazuju zavare s 3 razliite ice*Prikaz zavara na implant ploama

    Rutilna ARutilna BBazina A

  • *Rezultati mjerenja HDPrikaz rezultata mjerenja koliine difunidranog vodika HD

  • *Rezultati mjerenja HD za sve uzorkepri Tp = 100 C

  • *Rezultati ispitivanja RIK za sve uzorke

    Stanja pokusa za sve uzorkeRIK, N/mm2RPBPMP1511,53549,88560,552522,20581,89560,553549,88592,56571,224549,88592,56522,205549,88592,56571,226549,88592,56522,207549,88592,56500,878549,88592,56500,879549,88609,57511,5310571,22581,89438,2911549,88609,57581,8912581,89609,57500,8713522,20598,90609,5714581,89598,90522,20

  • Mjerenje tvrdoe provedeno je na makroizbruscima iz implant epruvetaAPI standard navodi kako vrijednosti tvrdoe za ovu vrstu materijala ne smije prelaziti vrijednosti od 345 HV10Prema normi HRN EN 10208-2:1996 utvrena je oznaka elika, prema stanju isporuke materijala L555MBPrema normi CEN ISO/TR 20179-2009 (norma za rastvrstavanje elika) elik X80 pripada skupini 2.2Prema normi HRN EN ISO 15614-1 tvrdoa elika ne smije prelaziti vrijednost u 380 HV10

    *Mjerenje tvrdoe HV10

  • Na slici je prikazan raster mjerenja tvrdoe *Mjerenje tvrdoe HV10

  • HV10 za rutilnu icu A*Rezultati mjerenja tvrdoe HV10

  • HV10 za bazinu icu A*Rezultati mjerenja tvrdoe HV10

  • HV10 za rutilnu icu B*Rezultati mjerenja tvrdoe HV10

  • Matematiki model HD za rutilnu icu A glasi:*Statistika analiza i izrada matematikog modela za HDGdje su:

    HD Koliina difundiranog vodika, ml H2 / 100 g zavaraTp Temperatura predgrijavanja, CE unos topline, kJ/cm

  • Matematiki model RIK za rutilnu icu A glasi:

    *Statistika analiza i izrada matematikog modela za RIKGdje su:

    HD Koliina difundiranog vodika, ml H2 / 100 g zavaraTp Temperatura predgrijavanja, CE unos topline, kJ/cm

  • Matematiki model HD za bazinu icu A glasi:*Statistika analiza i izrada matematikog modela za HDGdje su:

    HD Koliina difundiranog vodika, ml H2 / 100 g zavaraTp Temperatura predgrijavanja, CE unos topline, kJ/cm

  • *Statistika analiza i izrada matematikog modela za RIKMatematiki model RIK za bazinu icu nije utvren jer su odstupanja izmeu rezultata mjerenja vrlo malaZakonitost bi se mogla utvrditi eventualno sofisticiranijom metodologijom i konceptomOvi rezultati, prema iznosima RIK, upuuju na dobru otpornost materijala prema pojavi hladnih pukotina jer je RIK > Rp0,2

  • Matematiki model HD za rutilnu icu B glasi:*Statistika analiza i izrada matematikog modela za HDGdje su:

    HD Koliina difundiranog vodika, ml H2 / 100 g zavaraTp Temperatura predgrijavanja, CE unos topline, kJ/cm

  • Matematiki model RIK za rutilnu icu B glasi:

    *Statistika analiza i izrada matematikog modela za RIKGdje su:

    HD Koliina difundiranog vodika, ml H2 / 100 g zavaraTp Temperatura predgrijavanja, CE unos topline, kJ/cm

  • Analiza ukljuka *Metalografska analizaZamka za vodik!

    Ukljuak kemijskog sastava O, Mg i SiPovrina ukljuka 1120 m2B6 uzorakTp = 100 CE = 12 kJ/cm

  • Analiza ukljuka

    *Metalografska analizaUkljuak s kemijskim elementima Ca, Si i OZamka za vodik

    Uzorak M4E = 12 kJ/cm i Tp = 100 C

  • *Hladne pukotineM1E = 12 kJ/cm i bez predgrijavanjaM1Tp = 20 CE = 12 kJ/cmHD = 2,283 ml H2 / 100 g

  • *Hladne pukotineUzorak M9E =16 kJ/cm i Tp = 45 CHD = 2,746 ml H2 / 100 g

  • API 5L X80 feritno perlitna struktura*Analiza mikrostruktue

  • *Mikrostruktura metala zavara i zone utjecaja topline za rutilnu icu A

  • *Mikrostruktura metala zavara i zone utjecaja topline za bazinu icu A

  • *Mikrostruktura metala zavara i zone utjecaja topline za rutilnu icu B

  • Na svim uzrocima uoen je ilavi lomLom je nastupio u osnovnom materijalu *Analiza povrine loma implantepruvetaRPBPMPPrimjer za: E = 12 kJ/cm ; bez predgrijavanja

  • Mjerenjem koliine difundiranog vodika glicerinskom metodom utvreno je kako difuzija vodika ima svoju zakonitost

    Na temelju rezultata mogue je bilo odrediti matematike modele

    Optimalno podruje rada na svim uzorcima je s unosom topline od 12 kJ/cm i pri temperaturi predgrijavanja 100 C

    *Zakljuak

  • Snaniji utjecaj na model ponaanja difuzije vodika ima unos topline

    Matematiki modeli za sve skupine uzoraka meusobno se razlikuju zbog razliitog kemijskog sastava dodatnog materijala

    Ukljuci (na bazi Mn, Si, O i S) veliine oko 3 m i nehomogenosti u materijalu mogu predstavljati zamke za vodik u eksploataciji*Zakljuak

  • Za elik s ekvivalentom ugljika (pcm) 0,19 utvrena kritina koncentracija difundiranog vodika kod koje moe doi do pojave pukotina iznosi 2,3 ml H2 / 100 g zavara, pa je potrebno provesti predgrijavanja na minimalno 50 C

    *Zakljuak

  • Tenja ka stvaranju univerzalnog matematikog modela za predvianje unosa koliine difundiranog vodika Analiza kemijskih spojeva u materijalu koji bi djelovali kao zamke za vodik, te utvrditi njihovu energiju vezivanja vodika Provesti ispitivanje zavarljivosti implant metodom uz sofisticiraniju mjernu skalu

    *Prijedlozi za nastavak istraivanja

  • * Hvala na panji!

    *