مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای یکی از روش‌های جوشکاری حالت جامد است که به‌عنوان یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در اتصال فلزات در دهه اخیر شناخته شده است. در این پژوهش، تأثیر سرعت دوران و زمان تماس ابزار با طراحی خاص و متفاوت با تحقیقات قبلی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم سری 5754 مورد بررسی قرار گرفته است. قطعه کار با استفاده از نگهدارنده مخصوص بر روی دستگاه سوراخ‌کاری رادیال گیره‌بندی شد و عملیات جوشکاری با استفاده از دستگاه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای در سرعت‌های دورانی متفاوت و زمان‌های تماس ابزار مختلف انجام گرفت. در ادامه ریزساختار، ریزسختی و نیروی کششی - برشی منطقه نقطه‌ جوش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد افزایش سرعت دوران ابزار و افزایش زمان تماس ابزار، بهبود نیروی کششی- برشی به میزان حدود %105 را در پی داشته است. مطابق تحلیل‌های آماری فاکتورهای سرعت دوران و زمان تماس ابزار با سطح اطمینان بیشتر از %95 بر مقدار نیروی برشی مؤثر هستند؛ در حالی‌که مطابق تحلیل‌های آماری، ارتباط بین سرعت دوران و زمان تماس با سختی، نتایج متفاوتی در پی داشته است.

سوپرآلیاژ Inconel 738LC به‌دلیل استحکام ناشی از رسوبات گاما پرایم و حضور فازهای کم‌ذوب، در جوشکاری مستعد ترک‌های ذوبی در ناحیه متأثر از حرارت است و این موضوع قابلیت اطمینان اتصال را محدود می‌کند. در این پژوهش، اثر جریان در جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (GTAW) در دو حالت ثابت و پالسی بر جوش‌پذیری، ریزساختار و خواص مکانیکی این سوپر‌آلیاژ بررسی شد. برای ارزیابی جوش ها، آزمون کشش در دمای محیط و سختی‌سنجی ویکرز انجام شد و ریزساختار به‌کمک میکروسکوپ الکترونی و نوری مطالعه گردید. نتایج نشان داد پالسی‌کردن—به‌ویژه در فرکانس‌های بالاتر—با ایجاد نوسان حرارتی کنترل‌شده و کاهش ورودی حرارت مؤثر، وقوع ترک‌های ذوبی را به‌طور معناداری کاهش داده و کیفیت اتصال را بهبود می‌بخشد. این رویکرد با سوق‌دادن انجماد از دندریتی ستونی به هم‌محور، کاهش جدایش بین‌دندریتی و توزیع یکنواخت‌تر و ریزتر کاربیدهای MC، زمینه بهبود استحکام، شکل‌پذیری و سختی فلز جوش را فراهم می‌کند. در مجموع، GTAW پالسی روشی کارآمد برای مهار ترک‌خوردگی و ارتقای عملکرد اتصال در IN738LC است.

آلیاژ Ti-6242 به‌دلیل مقاومت حرارتی بالا از اهمیت ویژه‌ای در حوزه‌ی ساخت افزایشی برخوردار است. بااین‌حال، قطعات تولیدشده از این آلیاژ به‌روش ذوب بستر پودر با پرتو الکترونی معمولاً کیفیت سطحی نامطلوبی دارند که از ماهیت تولید لایه‌به‌لایه و ذوب ناقص ذرات پودری ناشی می‌شود. در این پژوهش، به‌منظور بهبود ویژگی‌های سطحی، فرایند پولیش لیزری با سه توان لیزر (195، 260 و 325 وات) و دو سرعت حرکت (3 و 4/5 میلی‌متر بر ثانیه) بر روی نمونه‌ها اعمال شد. اثر این پارامترها بر زبری سطح، ریزساختار و خواص مکانیکی از طریق آزمایش‌های زبری‌سنجی، متالوگرافی، سختی‌سنجی و سایش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که زبری میانگین سطح تا 93 درصد کاهش یافته و از 9/36 به 0/61 میکرومتر رسید. همچنین، فازهای آلفا و بتا در ریزساختار اولیه به فاز مارتنزیتی و سوزنی‌شکل آلفا پرایم تبدیل شدند که موجب افزایش 33 درصدی سختی از 380 به 506 ویکرز و بهبود چشمگیر مقاومت به سایش گردید. در نتیجه، تنظیم بهینه پارامترهای پولیش لیزری می‌تواند به‌طور هم‌زمان زبری را کاهش داده و خواص مکانیکی سطح را بهبود بخشد.

در این پژوهش، از فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای ترمیم ترک‌ها و شیارهای مصنوعی در آلیاژ آلومینیوم 7075 استفاده شد. نمونه‌هایی با عمق شیارهای متفاوت (۰٫۵، ۱، ۱٫۵ و ۲ میلی‌متر) تهیه و تحت آزمایش‌های تجربی، متالوگرافی، تست کشش و شبیه‌سازی عددی با نرم‌افزار Abaqus مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی قادر به ترمیم کامل ترک‌ها بدون ایجاد تخلخل یا نقص سطحی است. بررسی ریزساختار ناحیه همزده نشان داد که تبلور مجدد دینامیکی منجر به تشکیل ساختار ریزدانه و همگن شده و در نتیجه موجب افزایش سختی و استحکام کششی گردیده است. نمونه با شیار ۱ میلی‌متر، به‌عنوان بهترین حالت، بیشترین سختی (حدود ۱۰۹ ویکرز) و استحکام کششی را نسبت به سایر نمونه‌ها نشان داد. در مقابل، در نمونه‌های ۰٫۵ و ۲ میلی‌متر به‌دلیل شرایط حرارتی نامناسب و جریان غیریکنواخت ماده، تخلخل‌هایی ایجاد و افت استحکام مشاهده شد. نتایج شبیه‌سازی و آزمون‌های تجربی کاملاً با یکدیگر هم‌خوانی داشتند و نشان دادند که عمق شیار ۱ میلی‌متر شرایط بهینه برای ترمیم ترک‌ها در آلیاژ آلومینیوم 7075 به‌شمار می‌رود.

در این پژوهش، کامپوزیت سطحی AA5083/Al12Mo با حدود 10 حجمی ذرات آلومیناید مولیبدنِ از پیش سنتز شده، با استفاده از فرآوری همزن اصطکاکی (FSP) و در شرایط بهینه شامل شش پاس، سرعت چرخشی rpm 1000 و سرعت پیشروی mm/min 52 تولید شد. اعمال پاس‌های متعدد موجب کاهش اندازه ذرات از حدود µm 20 به حدود  µm1.7 و یکنواختی بیشتر توزیع آن‌ها شد و هم‌زمان ریزدانه شدن زمینه و افزایش کرنش‌سختی را به دنبال داشت. این بهبودهای ریزساختاری منجر به افزایش حدود %16 استحکام کششی نسبت به نمونه FSP شده‌ی بدون تقویت‌کننده و %20 نسبت به فلز پایه تحویلی و نیز افزایش %50  و %63 سختی در نمونه‌های 4 و 6 پاس نسبت به فلز پایه گردید. تحلیل کمی مکانیزم‌های استحکام‌بخشی نشان داد که کرنش‌سختی بیشترین سهم را در افزایش استحکام دارد و حضور ذرات باعث تأخیر در آغاز سیلان پله‌ای شد. بررسی سطح شکست نشان‌دهنده‌ی وقوع شکست مخلوط شامل شکست ذرات، جداشدگی آن‌ها از زمینه و شکستن زمینه بود. نتایج آزمون خوردگی نیز کاهش مقاومت خوردگی کامپوزیت را آشکار کرد که عمدتاً ناشی از ناپیوستگی لایه پایدار اکسید آلومینیوم و ایجاد عیوب ناشی از تغییر شکل شدید پلاستیک در فصل مشترک ذره–زمینه بود.

در این پژوهش، تاثیر دما و زمان اتصال نفوذی بر ریزساختار و رفتار خوردگی، پوشش آلیاژ آنتروپی زیاد Al₀.₅CoCrFeMnTi₀.₅ اعمال شده روی زیرلایه فولادی A283 به روش اتصال نفوذی و بکارگیری تکنیک تف جوشی پلاسمای جرقه‌ای مطالعه گردید. اتصال نفوذی به صورت درجا (همزمانی تف جوشی پودر آلیاژ آنتروپی زیاد و اتصال نفوذی) در دماهای ۸۵۰، ۹۵۰ و ۱۰۵۰ درجه سانتی گراد و سه زمان ۱۰، ۱۵ و ۲۰ دقیقه انجام شد. مطالعات ریزساختاری با میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) نشان داد که افزایش زمان و بویژه دمای اتصال نفوذی سبب کاهش تخلخل و افزایش تراکم پوشش گردیده است. نتایج آزمون‌های امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون پتانسیو دینامیک در محلول NaCl 3.5% wt نشان داد که با افزایش دما و زمان اتصال نفوذی، مقاومت انتقال بار (Rct) و پتانسیل خوردگی (Ecorr) افزایش یافته و چگالی جریان خوردگی (Icorr) کاهش یافته است. بیشترین مقاومت خوردگی برای پوشش تولید شده در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی گراد و زمان ۲۰ دقیقه بدست آمد. مشخص شد که بهبود رفتار خوردگی ناشی از تشکیل فیلم‌های اکسیدی یکنواخت و چسبنده می باشد که باعث ممانعت از نفوذ یون‌های خورنده به زیرلایه فولادی گردیده است. 

در این پژوهش، یک روش نوین در فرایند اتصال‌دهی فاز مایع گذرا (TLP) بوسیله حرارت‌دهی دومرحله‌ای برای ایجاد اتصال در سوپرآلیاژ IN-738LC بررسی شد. اتصال‌دهی با حرارت اولیه °C  م1150 به مدت 5 ثانیه و سپس نگهداری در °C م1130-1110 برای 3 تا 40 دقیقه انجام گرفت. تحول ریزساختاری در طول فرایند و همچنین مورفولوژی فصل‌مشترک، در مقایسه با اتصالات متداول TLP مورد بررسی قرار گرفت. این روش زمان تکمیل انجماد همدما را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داد؛ به‌گونه‌ای که عرض یوتکتیک مرکزی از 45 میکرون در 3 دقیقه به 19 میکرون در 12 دقیقه کاهش یافت و در 40 دقیقه کاملاً حذف شد. بر اساس بررسی‌های ریزساختاری، فرایند حرارت‌دهی دومرحله‌ای در مرحله‌ی اولیه منجر به ایجاد فصل‌مشترک انجماد با ساختار سلولی ـ دندریتی می‌شود. این ویژگی موجب توزیع غیرخطی تخلخل‌ها در امتداد ناحیه‌ی اتصال گردید. درنهایت فرایند همگن‌سازی موجب حذف رسوبات بوریدی و تشکیل رسوبات یکنواخت γ′  مشابه فلز پایه شد. این یافته‌ها دیدگاه‌های عملی و ریزساختاری درباره تاثیر پروفایل حرارتی بر تحول ناحیه اتصال و مسیر بهبود اتصالات در سوپرآلیاژهای پایه نیکل را نشان می‌دهند.

در تحقیق حاضر نمونه های تهیه شده از جنس فولاد  ریختگی AISI 1030  ، با دماهای پیشگرم متفاوت با استفاده از مفتول فولاد زنگ نزن دو فازی ER2209 توسط روش جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) با تعداد پاسهای مختلف  ، روکش کاری شدند. درجه رقت نمونه های روکش کاری شده با تعداد پاسهای مختلف و دماهای پیشگرم متفاوت محاسبه شد و سپس تاثیر آن بر چسبندگی و پیوستگی اتصال جوش لایه روکش  ER2209 بر روی فولاد ریختگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش تعداد پاس‌های روکش درجه رقت در نمونه ها کاهش می یابد. همچنین افزایش دمای پیشگرم نیز منجر به افزایش درجه رقت می شود. همچنین نمونه سه پاس روکش کاری شده با دمای پیشگرم 100 درجه سانتی گراد بیشترین درجه رقت را دارا می باشد. نتایج آزمایش خمش نشان داد که با افزایش تعداد پاس های روکش ، زاویه خمش افزایش می یابد. نتایج بررسی ماکروسکوپی ساختار ، پیوستگی را بطور کامل در فصل مشترک لایه روکش با فلز پایه تایید نمود. بررسی فازی و تغییرات ساختاری نیز نشان داد که فلز پایه دارای ساختار 80 درصد حجمی فریت -20 درصد حجمی پرلیت ، منطقه HAZ  دارای ساختار فریتی- پرلیتی دگرگون شده با همان درصد حجمی  و نمونه های روکش کاری شده در پاس نهایی ، ساختار آستنیتی – فریتی با درصد حجمی فریت بین 10 تا 20 درصد را از خود نشان دادند. نتایج ریز سختی مشخص نمود که نمونه دو پاس جوشکاری شده ( با دمای پیشگرم 200 درجه سانتی گراد ) بیشترین میزان سختی  را به مقدار 355 ویکرز دارد.