دراسة البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للوصلات الملحومة من سبائك الصلب لأنابيب الغلايات لمحطات توليد الطاقة

الباحث

سارة محمد كامل

المشرف

ليث وضاح اسماعيل - جمال جلال داوود

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة المواد / هندسة المواد

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Welding;Alloy steel;Boiler tubes;Microstructure

تعد عملية لحام أنابيب المرجل البخاري عمليه صعبه بسبب ظروف العمل الحرجة التي تتعرض لها الانابيب من ad عالية للضغط ودرجة الحرارة و بشكل دوري. وبالتالي من الأهمية ضمان عملية لحام فعالة تمكننا من الحصول على بنية مجهرية مثالية وخواص ميكانيكية جيدة. تم إجراء هذا العمل للتحقق من البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لثلاثة أنواع من اللحامء اللحام غير المتشابه (122/191) باستخدام معادن الحشو ،(ER90S-B3,ER90S-B9,ERNiCr-3) اللحام المتشابه (191/191) باستخدام معادن الحشو ،(ER9OS-B9,ERNiCr-3) واللحام المتشابه (T22/T22) باستخدام معادن الحشو (ER90S-B, ERNiCr-3) تم اجراء عملية اللحام للأنابيب مع الأخذ في الاعتبار تأثير المعالجات الحرارية. كذلك تم el yal ستة اختبارات لفحص البنية Ay penal والخصائص الميكانيكية، وفعالية اللحام، والتي تشمل: (1) التصوير الإشعاعي بالأشعة السينية (X-Ray) )2( التصوير المجهري الضوئيء (3) المجهر الإلكتروني (SEM) (4) التحليل الطيفي المشتت للطاقة (5105)؛ )5( اختبار الصلادة (HV) (6) اختبار الشد عند درجة حرارة عالية ( 550) درجة مئوية. أظهرت نتائج العمل في اللحام المتشابه ،(T22/T22) أعلى (ultimate tensile strength) في المعدن الأساسي (T22) عند استخدام معدن الحشو EROOS-B3) ( وهو ما يقابل قيمة (419) ميكا باسكال لمقطع عرضي ( mm? 61.98) واستطالة (20/)؛ مقارنة بعينة اللحام الأخرى عند استخدام معدن (ERNICr-3) sa!) بالإضافة الى cll بينت صور اختبار (SEM) للحام غير المتشابه (T22/T91) إلى تكون هيكل مارتينسيتي مع كربيدات ناعمه موزعه في بداية T22HAZ عند استخدام الفلر (ER90S-B3) وبالتالي، تم الحصول على قيمة عالية للصلادة في 1221147. بالإضافة إلى القيم العالية للصلادة في 1911147 ومنصطقة اللحام مقارنة بعينات اللحام (T22/T91) الأخرى. أوضح التحليل المجهري الضوئي وتحليل (SEM) للحام غير المتشابه (122/191) إلى وجود كميات من دلتا فرايت في هيكل معدن اللحام عند استخدام الفلر (ERIOS-B9) ان وجود دلتا فرايت يؤدي إلى تدهور الخصائص الميكانيكية لمعدن اللحام وتقليل متانه الكسر بشكل كبير. وهذا ما يفسر سبب حدوث الكسر في معدن اللحام على الرغم من الكفاءة العالية لمنطقة اللحام (100/). أوضح اختبار التصوير الاشعاعي بالأشعة السينية الذي تم إجراؤه على العينات الملحومة (122/191) و (T91/T91) و (T22/T22) بانها خالية من العيوب الداخلية وعيوب اللحام. وكشف فحص (SEM) عن تكون (اطوار بينيه مع الاوستنايت) في منطقة اللحام لعينات اللحام الثلاث (T22/T22) ،(T22/T91) و (191/191) عند استخدام معدن الحشو (ERNICr-3) و أشارت النتائج المتعلقة باختبار (EDS) للحام المتشابه (191/191) إلى تواجد العناصر بنسبه عاليه من (01)، ،(MorFe وجود هذه العناصر يعزز تكوين الأطوارالثانوية. اذ يزداد حجم جزيئات الاطوار البينيه بسرعة مع زيادة درجات الحرارة المرتفعة، الأمر الذي له تأثير ضار على البنية المجهرية مما يتسبب في حدوث (cavities damage) بالقرب من الأطوار البينيه، وبالتالي يؤثر على مقاومة ،(Creep Fracture) js! وقد يفسر هذا حدوث الكسر في منطقة اللحام ( 191/191) عند استخدام معدن الحشو (ERNICr-3) ، بالنسبة لتطبيقات محطات الطاقة حيث تكون الكلفة مهمة للغاية ، يعتبر استخدام معدن (ERNICr-3) pital عالي الكلفة وغير مجدٍ اقتصاديًا مقارنة بمعادن الحشو الأخرى (ER90S-B3) ،(ER90S-B9) لعمليات اللحام المتشابهة وغير المتشابهة.

Welding of boiler steam pipes is a challenging process due to the difficult working conditions of the high pressure and temperature values that the pipes are frequently exposed to during service lifespan. Thus, it is crucial to ensure an effective welding process that enables perfect microstructure and good welding mechanical properties. This work is conducted to investigate the microstructure and mechanical properties of three types of welding, dissimilar welding of (T22/T91) using the filler metals (ERNiCr-3, ER90S-B3, and ER90S-B9), similar welding of (T91/T91) using the filler metals (ERNiCr-3 and ER90S-B9), and similar welding of (T22/T22) using the filler metals (ERNiCr-3 and ER90S-B3). Experimental work was carried out to achieve these weldments, considering the effect of heat treatments. Also, six tests were carried out to examine the microstructure, mechanical properties, and welding effectiveness, which include: (i) X-Ray Radiography, (ii) Metallographic Photomicrography, (iii) Scanning Electron Microscope (SEM), (iv) Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS), (v) Microhardness Test, and (vi) Tensile Test at High Temperature (550 °C). The work results revealed that the similar weldment (T22/T22) observed the highest average ultimate tensile strength at the base metal (T22) when the filler metal (ER90S-B3) was used, corresponding to a value of (419 MPa) for a cross-section of 61.98 mm2 and elongation of 20%, compared to other weldment specimens when the filler metal(ERNiCr-3) was used. Moreover, the SEM of (T22/T91) dissimilar weldment type refers to the formation of a tempered martensitic structure with the distribution of fine carbide at the beginning heat affected zone (HAZ of T22) when the filler metal )ER90S-B3( was used. Thus, a high value of hardness was obtained in (T22HAZ) compared with other filler metals used. In addition, to the high values of hardness at the (T91HAZ) and (weld region) compared to other (T22/T91) weldment specimens. The metallographic photomicrography and )SEM( analysis of the )T22/T91( dissimilar weldment type indicated the existence amounts of (δ) delta ferrite in the structure of weld metal when the filler metal )ER90S-B9( was used, delta ferrite deteriorates the mechanical properties of weld metal and greatly decreases fracture toughness. This may be attributed to the reason for the fracture that occurred in the weld metal despite the higher efficiency of the welding region (100%). The X-ray radiography test was conducted on the (T22/T91), (T91/T91), and (T22/T22) specimens and it revealed that all specimens are free from internal defects and welding imperfections. The SEM images revealed the existence of )intermetallic phases with austenitic structure( at the weld region in the three weldment specimens (T22/T91), (T91/T91), and (T22/T22) when the filler metal (ERNiCr-3) was used . The results related to the )EDS( test for the )T91/T91( indicated the high percentage by weight of (Cr, Fe, and Mo) at the weld region, these elements promote the formation of intermetallic phases. The size of intermetallic phase particles increases quickly at increasing high temperatures, which has a detrimental effect on microstructure causing cavities damage next to intermetallic phases which affect the resistance of that steel to creep fracture. This may explain the occurrence of fracture in the weld region of (T91/T91) when filler metal (ERNiCr-3) was used. Hence, for power plant applications where the cost is highly important, the use of high-cost (ERNiCr-3) filler is considered uneconomically infeasible compared to other fillers (ER90S-B9),(ER90S-B3) for similar and dissimilar welding processes.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب