مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

در این پژوهش، اتصال غیرهمجنس ابرآلیاژ نایمونیک 75 به مونل 400 با ضخامت 1 میلی‌متر به روش جوشکاری لیزر ضربانی Nd:YAG مورد پژوهش قرار گرفت. با آزمون‌های میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس، میکرو سختی سنجی و آزمون کشش خواص مکانیکی اتصال بررسی شد. در مورد جوشکاری غیرهمجنس ابر آلیاژ نایموینک 75 به مونل400 عیوبی مانند ترک ذوبی و تخلخل در نمونه‌های جوشکاری شده مشاهده شد که با افزایش دمای پیشگرم و کاهش حرارت ورودی این عیوب رفع شدند. نتایج نشان داد، برای رسیدن به عمق نفوذ مناسب، ولتاژ، پهنای زمانی ضربان، بسامد ضربان و سرعت جوشکاری به ترتیب 500 ولت، 9میلی‌ثانیه، 3 هرتز و 0.9 میلیمتر بر ثانیه انتخاب شود. همچنین بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که ساختار حاصل از جوشکاری، از زمینه آستنیتی حاوی دندریت‌های ستونی و در برخی مناطق سلولی تشکیل‌شده است. خصوصیات مکانیکی فلزجوش، پس از اتصال کاهش یافته و جدایش موجب تغییر در مقدار عناصر و پیدایش ترکیبات بین فلزی در فواصل بین دندریت‌ها و سلول‌ها می‌گردد. همه نمونه‌های غیرهمجنس در آزمون کشش از ناحیه فلز جوش دچار شکست گردیدند.

مطالعه حاضر بهینه‌سازی خواص مکانیکی و ریزساختاری جوشکاری لیزر ابر آلیاژ پایه کبالت هاینس 25 (L-605) را بررسی می‌کند. تأثیر متغیرهای جوشکاری لیزر مانند قدرت پرتو لیزر، بسامد ضربانی، سرعت جوشکاری و پهنای زمانی ضربان بر خواص مکانیکی و متالورژیکی اتصالات جوش مورد بررسی قرار می‌گیرد. با بررسی متغیرهای جوشکاری مقادیر G (شیب حرارتی) و R (نرخ انجماد) و  همچنین تحت تبرید (G/R) و سرعت سرمایش (G×R) که بر ریزساختار انجماد غالب هستند، محاسبه و همبستگی ساختاری با خواص مکانیکی حاصل از جوش بررسی می‌گردد. در این تحقیق بدست آوردن متغیرهای جوشکاری برای ایجاد درصد بالایی از ساختار به صورت دندریت هم محور‌مد نظر می‌باشد. بررسی ریزساختاری رشد دانه همپایی و ساختارهای دندریتی در ناحیه جوش را نشان می‌دهد. سرعت انجماد بالا در حوضچه جوش سبب انجماد دندریتی شد که از دندریت‌های ستونی دیواره‌های جوش شروع می‌شود و به دندریت‌های هم محور در مرکز جوش منتهی می‌شود. مقدار ریزسختی در ناحیه جوش برابر 328 ویکرز می‌باشد که به سختی ماده اصلی بسیار نزدیک است. استحکام کششی نمونه‌های جوش به حدود %93 و%94 استحکام کشش فلزپایه می‌رسد. بررسی آزمون کشش نمونه‌های جوش حاکی از شکست نرم-ترد است. با بررسی میکروسکوپی الکترونی روبشی وجود فرورفتگی‌ها، شکاف بین دانه‌ای و ریز حفره‌ها در ناحیه شکست تأیید شد.

در این پژوهش، از ورق فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 316L با ضخامت 1 میلی‌متر برای انجام آزمایش استفاده شد. فرایند تجربی جوشکاری توسط دستگاه جوش لیزر ضربانی Nd:YAG و فرایند شبیه‌سازی جوشکاری توسط نرم‌افزار SYSWELD و مدل سه‌بعدی برای تحلیل ترمودینامیکی و مکانیکی انجام شد. نتایج شبیه‌سازی تطابق بالای 90 درصد را با نتایج تجربی نشان داد. تجزیه و تحلیل داده‌های تجربی و عددی نشان داد که در ولتاژ ثابت 440 ولت، با کاهش سرعت جوشکاری از 2 به 0.5 میلی‌متر بر ثانیه، میزان همپوشانی ضربان‌ها  از %67 به %93 و چگالی توان بیشینه متوسط (EPPD) از  5963 به 21831 وات بر میلی‌متر مربع افزایش یافت و با افزایش ولتاژ از 440 به 480 ولت در سرعت ثابت 1 میلی‌متر بر ثانیه، حرارت ورودی از 114 به 138 ژول بر میلی‌متر و عمق جوش از 0.56 به 0.66 میلی‌متر افزایش پیدا کرد. ساختار فلز جوش به واسطه سرعت انجماد بالا دانه ریزتر از فلز پایه شد (%63 کاهش اندازه‌دانه). 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 ضربان‌ها (از %93 به %67)، توزیع غیریکنواخت حرارت در قطعه و ایجاد تنش‌های 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 میلی‌متر) سختی از 225 به 215 ویکرز به دلیل کاهش شیب حرارتی و رشد دانه‌ها  کاهش یافت.