علوم و فناوری جوشکاری ایران
سال:1404 | دوره:11 | شماره:1 |تعداد مقالات:10

دراین پژوهش، قطعات از جنس آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V با استفاده از فرایند ذوب انتخابی لیزر تولید می شوند. همچنین با استفاده از روش طراحی آزمایش ها بر مبنای روش پاسخ سطح، اثر پارامترهای توان لیزر، سرعت اسکن لیزر و مقدار همپوشانی لایه های مجاور بر زبری سطح قطعات تولید شده مطالعه می شود. نتایج نشان می دهند زبری سطح قطعات تولید شده توسط روش ذوب انتخابی لیزر، با افزایش توان لیزر ابتدا کاهش پیدا کرده و سپس با افزایش بیشتر توان لیزر افزایش می یابد. همچنین با افزایش سرعت اسکن لیزر، زبری سطح قطعات تولید شده افزایش می یابد. به علاوه زبری قطعات تولید شده، با افزایش مقدار همپوشانی لایه های مجاور ابتدا کاهش پیدا کرده و سپس افزایش می یابد. به منظور دستیابی به قطعاتی با کمترین مقدار زبری سطح، بهینه سازی پارامترهای ورودی فرایند انجام شده و مشخص شد که با توان لیزر برابر با 150 وات، سرعت اسکن لیزر برابر با 500 میلیمتر بر ثانیه و مقدار همپوشانی لایه های مجاور برابر با  67/8 میکرون می توان قطعات از جنس آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V با کمترین مقدار زبری سطح برابر با 1/44 میکرون توسط روش ذوب انتخابی لیزر تولید کرد.

ساخت افزایشی قوسی با سیم (WAAM) به دلیل نرخ بالای رسوب دهی، جایگاهی ویژه در تولید قطعات بزرگ فلزی دارد. استفاده از فولادهای زنگ نزن آستنیتی در این فرایند می تواند علاوه بر کاهش هزینه های تولید، آزادی بیشتری در طراحی قطعات فراهم کند. فولاد زنگ نزن 310، که به عنوان فولاد نسوز در صنعت شناخته می شود، به دلیل مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و دمای بالا، کاربرد گسترده ای دارد. با این حال، این فولاد به طور ویژه به ترک های گرم در حین فرایندهای جوشکاری و ساخت افزایشی حساس است. در این پژوهش، ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن 310 تولیدشده به روش WAAM با استفاده از فرایندهای انتقال سرد فلز (CMT) و جوشکاری قوسی فلزگازی (GMAW) مقایسه شد. نتایج نشان داد که فرایند CMT به دلیل حرارت ورودی پایین تر، می تواند حساسیت فولاد زنگ نزن 310 به ترک های گرم را به طور قابل توجهی کاهش دهد. این یافته ها اهمیت انتخاب مناسب فرایند برای تولید قطعات باکیفیت و کاهش عیوب ساختاری را نشان می دهد.

برخلاف روش های جوشکاری معمول، جوشکاری فراصوتی آلیاژهای تیتانیمی به فولادی باعث تشکیل ترکیبات بین فلزی ترد، پیچش زیاد و تضعیف خواص مکانیکی اتصال نمی شود. جوشکاری فراصوتی نمونه های St12-CP. Ti در پارامترهای ثابت فشار، زمان و توان جوشکاری به ترتیب برابر با هفت بار، دو ثانیه و یک کیلووات و پارامتر متغیر لایه های میانی Cu، 70B و Zn انجام شد. بررسی نمونه ها توسط آزمون های OM، SEM، کشش برشی و ریزسختی سنجی نشان دهنده کمترین و بیشترین چگالی باند به ترتیب برابر با 2/42 و 6/80 درصد برای نمونه های Zn و Cu است. چگالی باند و در نتیجه استحکام نمونه دارای لایه میانی با قابلیت تغییر شکل بیشتر مقادیر بالاتری دارند. در نمونه Cu به دلیل قابلیت تغییر شکل پلاستیک بالای مس، حرارت و تغییر شکل بیشتری در فصل مشترک اتصال نسبت به نمونه های دیگر ایجاد شده و در نتیجه ریزساختار دچار تبلور مجدد و رشد دانه پس از تحمل تغییر شکل پلاستیک شدید شده است. همچنین، بالاترین سختی طرف فولادی اتصال برابر با 201 ویکرز مربوط به نمونه Cu بوده و پس از آن به ترتیب B70 و Zn قرار دارند.

به منظور پوشش دهی و بهبود سختی و مقاومت به سایش فولاد St60، از سیم جوش NiCrMo و فرایند جوشکاری قوس تنگستن-گاز محافظ استفاده شد. مشخصه های جوشکاری برای ایجاد پوششی با بیشترین سختی و مقاومت به سایش و حداقل عیوب در نظر گرفته شدند. نتایج حاصل نشان داد که، ریزساختار پوشش های کامپوزیتی عمدتا حاوی فازهای α-Mo، NiMo و تیغه ای است. با افزایش شدت جریان از 90 به 110 آمپر، تخلخل ها و غیریکنواختی در ریزساختار پوشش ها بیشتر شده و نمونه پوشش دهی شده با شدت جریان 90 آمپر، ریزساختار یکنواخت تر و عیوب کمتری را نشان داد. مقدار سختی متوسط پوشش ها در محدوده 218-227 برینل به دست آمد (سختی زیرلایه تقریبا 152 برینل است). نمونه تهیه شده با شدت جریان 90 آمپر، کمترین و نمونه تهیه شده با شدت جریان 110 آمپر، بیشترین کاهش وزن را نشان داد. مکانیزم سایش زیرلایه عمدتا از نوع سایش خراشان و مکانیزم سایش پوشش ها عمدتا از نوع سایش خراشان و چسبان بود که کمترین محصولات سایش مربوط به نمونه تهیه شده با شدت جریان 90 آمپر بوده و بنابراین، این نمونه بیشترین مقاومت به سایش را نشان داد.

در این پژوهش، از ورق فولاد زنگ نزن آستنیتی 316L با ضخامت 1 میلی متر برای انجام آزمایش استفاده شد. فرایند تجربی جوشکاری توسط دستگاه جوش لیزر ضربانی Nd: YAG و فرایند شبیه سازی جوشکاری توسط نرم افزار SYSWELD و مدل سه بعدی برای تحلیل ترمودینامیکی و مکانیکی انجام شد. نتایج شبیه سازی تطابق بالای 90 درصد را با نتایج تجربی نشان داد. تجزیه و تحلیل داده های تجربی و عددی نشان داد که در ولتاژ ثابت 440 ولت، با کاهش سرعت جوشکاری از 2 به 0. 5 میلی متر بر ثانیه، میزان همپوشانی ضربان ها  از %67 به %93 و چگالی توان بیشینه متوسط (EPPD) از  5963 به 21831 وات بر میلی متر مربع افزایش یافت و با افزایش ولتاژ از 440 به 480 ولت در سرعت ثابت 1 میلی متر بر ثانیه، حرارت ورودی از 114 به 138 ژول بر میلی متر و عمق جوش از 0. 56 به 0. 66 میلی متر افزایش پیدا کرد. ساختار فلز جوش به واسطه سرعت انجماد بالا دانه ریزتر از فلز پایه شد (%63 کاهش اندازه دانه). در فلز جوش دو فاز آستنیت و فریت مشاهده شد و حالت انجماد نیز به صورت FA پیشبینی شد. با افزایش سرعت جوشکاری از mm/sم0. 5 به mm/sم2 در ولتاژ ثابت 440 ولت، بیشینه تنش پسماند کششی از 96 به MPa 260 به واسطه کاهش همپوشانی ضربان ها (از %93 به %67)، توزیع غیریکنواخت حرارت در قطعه و ایجاد تنش های حرارتی، افزایش یافت. همچنین افزایش ولتاژ جوشکاری از 440 به 480 ولت در سرعت ثابت mm/sم1، باعث افزایش بیشینه تنش پسماند کششی از 124 به 152 مگاپاسکال شد. بیشینه سختی فلز جوش با افزایش سرعت جوشکاری از 180 به 215 ویکرز به دلیل جلوگیری از نفوذ کربن و افزایش نرخ رشد افزایش یافت. با افزایش ولتاژ جوشکاری و افزایش حرارت ورودی (از 57 به 69 ژول بر میلی متر) سختی از 225 به 215 ویکرز به دلیل کاهش شیب حرارتی و رشد دانه ها  کاهش یافت.

در این تحقیق کامپوزیت فوق ریزدانه از آلیاژهای آلومینیم AA2024 و AA5083 توسط فرایند اتصال نورد تجمعی ساخته شد و توسط جوشکاری اصطکاکی اختلاطی به صورت سربه سر جوشکاری شدند. جوشکاری اصطکاکی اختلاطی بهترین روش اتصال ورق های فوق ریزدانه است. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی عبوری از نواحی اختلاط، ترمومکانیکی و ناحیه متأثر از حرارت انجام شد. ساختار تبلورمجددیافته ریز در ناحیه جوشکاری شده با اندازه دانه حدود nmم900 مشخص شد. در اثر مکانیزم های استحکام دهی مرزدانه ها، رسوبات نانومتری و استحکام دهی محلول جامد، استحکام بالایی در حدود MPaم403 به دست آمد. وجود رسوبات با توزیع همگن در ورق های جوشکاری اصطکاکی شده باعث انعطاف پذیری بالا در حدود %14 نسبت به ورق های کامپوزیت ساخته شده (% 9/6) گردید. سختی بالای ناحیه اختلاط ناشی از تشکیل دانه های هم محور جدید و رسوبات ریز و کاهش سختی ناحیه متأثر از حرارت در اثر انحلال رسوبات T-phase و درشت شدن آن ها بود.

لحیم یوتکتیک قلع-روی به دلیل ارزان بودن، دمای ذوب مناسب و خواص مکانیکی مطلوب، می تواند جایگزین مناسبی برای لحیم قلع-سرب، باشد. اما به دلیل فشار بخار بالای روی، ساخت این آلیاژ به روش ذوبی بسیار مشکل و پرهزینه است. در این پژوهش لحیم بدون سرب Sn-8. 9 wt% Zn با استفاده از روش اکستروژن تجمعی زاویه ای ورق قلع و پودر روی در 10، 12 و 15 پاس ساخته و مشخصه یابی شد. بررسی های ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی، طیف سنجی پراش انرژی پرتوایکس و طیف سنجی پراش اشعه ایکس انجام شد. همچنین استحکام برشی و سختی لحیم ها اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که پس از12 پاس، پخش شوندگی پودر روی در زمینه قلع بهبود یافته و انحلال روی با کاهش شدت پیک های XRD تأیید شد. اما با انجام15 پاس، ترک هایی در ساختار ایجاد شد. استحکام برشی اتصال لحیم قلع-روی حدود %60 بیشتر از لحیم قلع-سرب تجاری بود. زاویه ترشوندگی این لحیم بر روی مس 21 درجه و مقاومت الکتریکی آن 4/1 نانو اهم اندازه گیری شد که در محدوده قابل قبول برای کاربردهای الکترونیکی است، هرچند نسبت به لحیم قلع-سرب عملکرد ضعیف تری دارد.

این پژوهش به بررسی تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی جوش های مقاومتی نقطه ای در فولاد استحکام بالای پیشرفته QP980، با تمرکز بر اثرات پوشش روی و تأثیر آن بر تشکیل دکمه جوش، خواص مکانیکی و رفتار شکست جوش ها می پردازد. در فرایند تحقیق، از بررسی های میکروسکوپی، آزمون های مکانیکی از جمله کشش-برش و میکرو سختی استفاده شده و همچنین شبیه سازی اجزای محدود به منظور تعیین پیشینه حرارتی مناطق مختلف جوش انجام گرفت. مشاهده شد که سرد شدن سریع در طول فرایند جوشکاری منجر به تشکیل فازهای ناپایدار مانند مارتنزیت در ناحیه جوش و منطقه متاثر از حرارت می شود. یک مدل اجزای محدود فرایند جوشکاری برای شبیه سازی توزیع گرما و بررسی های ریزساختاری در مناطق مختلف جوشکاری مورد استفاده قرار گرفت. این مدل نشان داد که رسیدن به دمای بیشینه در طول جوشکاری مقاومتی نقطه ای چهار پالسی، به دلیل شرایط جوشکاری پالسی و زمان های نگه داشتن بین پالس ها، به تأخیر می افتد. این تأخیر، در کنار زمان نگه داری مناسب، از تشکیل حفرات جلوگیری می کند. تاریخچه حرارتی شبیه سازی شده توسط مدل اجزا محدود و شرایط گرمایش/خنک کاری سریع به طور مؤثر تکامل و دگرگونی ریزساختار در نواحی مختلف جوش را پیش بینی کرد. علاوه بر این، مطالعه پیش رو رابطه بین ویژگی های درشت ساختاری قطعه با خواص مکانیکی و رفتار شکست جوش ها را بررسی می کند. وجود پوشش روی و کاهش مقاومت الکتریکی تماسی ناشی از آن، باعث به تأخیر افتادن تشکیل دکمه جوش در جریان های جوشکاری پایین تر شد. با این حال، در جریان های بالاتر، منبع اصلی تولید حرارت از مقاومت تماسی به مقاومت بالک در ورق فولادی تغییر می کند که منجر به تشکیل دکمه جوش بزرگ تر در ورق های پوشش دار نسبت به نمونه های بدون پوشش می شود. اگرچه نمونه های بدون پوشش سختی دکمه جوش (با مقدار 512 ویکرز) و استحکام کششی-برشی بالاتری نشان دادند (با بیشینه نیروی تحمل شده 28/1 کیلونیوتن در نمونه بدون پوشش و 24 کیلونیوتن در نمونه پوشش دار)، اما نمونه های پوشش دار توانستند در جریان های جوشکاری کمتر (9 کیلوآمپر در مقابل 5/9 کیلوآمپر) به اندازه بحرانی دکمه جوش برای تغییر مد شکست برسند.

این مطالعه به صورت تجربی-آماری به بررسی تأثیر پارامترهای فرایند روکش کاری لیزری شامل توان لیزر (700 تا 900 وات)، سرعت روبش لیزر (6 تا 8 میلی متر بر ثانیه) و نرخ تغذیه سیم (70 تا 80 میلی متر بر دقیقه) بر خواص هندسی روکش تک پاس از جنس فولاد داپلکس 2507 روی زیرلایه VCN200 پرداخته است. در این راستا، آزمایش ها براساس روش سطح پاسخ (RSM) با طرح سه عاملی و در چهار سطح انجام شد و در ادامه، داده های حاصل از اندازه گیری های تجربی شامل عرض روکش (W)، ارتفاع روکش (H)، عمق نفوذ (b)، زاویه ترشوندگی (Z) و درصد آمیختگی (D) با استفاده از نرم افزار ImageJ استخراج شد. نتایج نشان داد که افزایش توان لیزر از 700  به 900 وات منجر به افزایش 14درصدی در عرض روکش (از 1417 به 1744 میکرومتر)، %33 در ارتفاع روکش (از 450 به 594 میکرومتر)، %6 در عمق نفوذ(از 88 به 93  میکرومتر) و %3 در زاویه ترشوندگی (از 71 به 69 درجه) شد. در مقابل، افزایش سرعت روبش از 6 به 8 میلی متر بر ثانیه سبب کاهش %12 در عرض روکش (از 1513 به 1787 میکرومتر)، %31 در ارتفاع (از 650 به 573میکرومتر)  و %15 در زاویه ترشوندگی (از 67 به 78 درجه) شد؛ در حالی که عمق نفوذ %4 (از 85 به 84 میکرومتر) و درصد آمیختگی %19 افزایش یافت. همچنین، افزایش نرخ تغذیه سیم از 70 به 80 میلی متر بر دقیقه باعث افزایش 13درصدی در ارتفاع روکش(از 502 به 747 میکرومتر)، %4 در زاویه ترشوندگی (از 75 به 78 درجه) و همچنین کاهش 19 درصدی میزان آمیختگی شد.

در این پژوهش، تأثیر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد آستنیتی Fe-24Ni-4Cr مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور ورق با ضخامت 1 میلی متر  با سرعت پیشروی 100 میلی متر بر دقیقه و سرعت چرخش ابزار 450 دور بر دقیقه  با ابزاری از جنس WC-5%Co  تحت جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی قرار گرفت. تحلیل های پراش الکترون های برگشتی (EBSD) نشان داد که این فرایند موجب کاهش اندازه دانه و افزایش مرزهای بزرگ زاویه در ناحیه همزده شده است که به دلیل وقوع تبلور مجدد دینامیکی طی فرایند جوشکاری می باشد. نقشه های فازی نشان دادند که درصد فاز BCC در ناحیه همزده نسبت به فلزپایه افزایش یافته و با توجه به نرخ کرنش بالا و حضور عناصر پایدارکننده، این فاز عمدتاً مارتنزیت حاصل از استحاله تحت کرنش است. بررسی خواص مکانیکی نشان داد که استحکام کششی ناحیه همزده (450 مگاپاسکال) نسبت به فلزپایه (350 مگاپاسکال) به طور قابل توجهی افزایش یافته است. همچنین، تنش تسلیم ناحیه همزده (388 مگاپاسکال) نسبت به فلزپایه (145 مگاپاسکال) بهبود چشمگیری داشته که این امر را می توان به کاهش اندازه دانه، افزایش مرزهای بزرگ زاویه، افزایش چگالی نابجایی و تشکیل مارتنزیت نسبت داد. با این حال، انعطاف پذیری ناحیه همزده کاهش یافت که ناشی از افزایش تمرکز تنش و چگالی نابجایی در این ناحیه است. این نتایج نشان می دهد که جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی می تواند یک روش مؤثر برای بهبود استحکام و سختی فولادهای آستنیتی باشد، اما نیازمند کنترل شرایط فرایندی جهت جلوگیری از کاهش چقرمگی و انعطاف پذیری است.