مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

صنعت جوش و بازرسی یکی از پرمخاطره‌ترین صنایع محسوب می‌شود. ارزیابی ریسک، یک روش منطقی برای بررسی پیامدهای بالقوه ناشی از حوادث احتمالی بر روی افراد، مواد، تجهیزات و محیط است. ارزیابی ریسک، میزان کارآمدی رویکردهای کنترلی موجود را مشخص نموده و داده‌های با ارزشی برای تصمیم‌گیری در زمینه کاهش ریسک، خطرات، بهسازی سیستم‌های کنترلی و برنامه‌ریزی برای واکنش به ریسک‌ها فراهم می‌نماید. مطالعات صورت گرفته پژوهش حاضر، منجر به شناسایی 13 نوع ریسک در دو بخش «ترک گرم و ترک سرد» گردید. اولویت‌بندی ریسک‌های شناسایی شده براساس میزان درجه اهمیت، توسط اساتید خبره دانشگاهی صنعت جوش و بازرسی و به کمک تکنیک FBWM انجام گرفت. رویکرد فازی، برای مقابله با عدم قطعیت ریسک و کاهش ناسازگاری در تصمیم‌گیری پیشنهاد شده است.  نتایج نشان می‌دهد که عمده‌ترین ریسک ترک گرم فلز جوش به ترتیب اولویت شامل « ساختار انجماد، جدایش، تنش‌های کششی بالا در فلز جوش، ترکیبات مواد، قید و بند اتصال، پیش‌گرم، شدت جریان بالا، ضخامت بالای قطعه کار، شکل گرده جوش» و عمده‌ترین ریسک ترک سرد فلز جوش شامل «مقدار هیدروژن در فلز جوش، تنش‌های کششی بالا، ساختار مستعد،دمای نسبتا پایین» می‌باشد. دستاوردهای پژوهش به جهت‌گیری صحیح در انتخاب راه حل‌ها (که همان  دفع تهدیدهای اصلی است) کمک می‌نماید، همچنین می‌تواند در تدوین خط مشی‌های امنیتی صنعت جوش و بازرسی استفاده شود.

با توسعه و پیشرفت صنایع الکترونیکی، اهمیت افزایش بهره‌وری مدارات الکترونیکی و همچنین حذف سرب از مدارات الکترونیکی بدلایل زیست محیطی، چالش بزرگی در زمینه طراحی و توسعه لحیم‌های نرم بدون سرب بر پایه قلع و با خواص فیزیکی و مکانیکی نزدیک به آلیاژهای قلع-سرب قدیمی ایجاد گردید. در همین راستا مجموعه آلیاژهای  Sn-Ag-Cuبا ترکیب یوتکتیک و ترکیبات نزدیک به آن، به عنوان آلیاژهای پیشنهادی جهت جایگزینی لحیم‌های  Pb-Snمطرح شده‌اند. به عنوان یک آلیاژ لحیم بدون سرب، نقطه ذوب پایین، قابلیت اطمینان بالای اتصالات و سازگاری با انواع فلاکس‌ها از جمله خواص این دسته از آلیاژهاست. به جهت بهبود خواص اتصال حاصل از لحیم‌کاری با این آلیاژها، از فرایند کامپوزیتی کردن با نانو ذرات مختلف استفاده می‌شود. در این پژوهش، از لحیم نرم با ترکیب  Sn0.3Ag0.7Cu تقویت شده با نانوصفحات گرافن با درصد وزنی‌های مختلف (2/0،م1/0،م05/0و0)، استفاده شد. به جهت مشاهدات ریزساختاری از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی استفاده گردید. آزمون‌های فیزیکی از جمله اندازه‌گیری نقطه ذوب، ترشوندگی و مقاومت الکتریکی به جهت بررسی میزان اطمینان به آلیاژ لحیم، انجام شد.  براساس نتایج بدست آمده با افزودن نانوصفحات گرافن زاویه ترشوندگی لحیم ابتدا کاهش و سپس افزایش می‌یابد. این پارامتر در مورد نمونه لحیم حاوی%1/0 نانوصفحات گرافن با %10 کاهش حد بهینه را نشان می‌دهد. نقطه ذوب آلیاژ لحیم نیز با افزایش درصد نانوصفحات گرافن تغییر قابل توجهی را نشان نداد. علاوه بر این، با افزودن نانوصفحات گرافن، ضخامت ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 موجود در فصل مشترک اتصال بین مس و لحیم، %30 کاهش را در مورد نمونه حاوی %1/0 گرافن نسبت به نمونه بدون گرافن نشان داد.
 

در این پژوهش تاثیر دما بر ریزساختار و لایه واکنشی در فصل مشترک لایه میانی Ti و فلز پایه مربوط به اتصال نفوذی آلیاژ زیرکونیوم 702 به فولاد کم‌آلیاژ A516 بررسی شد. اتصال  با استفاده از تکنیک اتصال نفوذی پلاسمای جرقه‌زن در دماهای ۹۰۰، ۹۵۰ و ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد و مدت زمان ۳۰ دقیقه انجام گردید. به منظور بررسی ریزساختار فصل مشترک اتصال از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مجهز به آنالیز EDS استفاده شد. بررسی‌های میکروسکوپی نشان داد که در همه دماها با وجود نفوذ متقابل اتم‌ها و تشکیل لایه واکنشی مناسب بین لایه ‌میانی تیتانیوم و فلزپایه زیرکونیوم، هیچ‌گونه فاز بین‌فلزی، ترک، حفره و ناپیوستگی در فصل مشترک آن‌ها تشکیل نگردیده است. در فصل‌مشترک اتصال سه فاز محلول جامد (a+b)_(Zr,Ti) وb_(Ti,Zr)  وa_(Ti,Zr) شناسایی شدند. مشخص گردید که با افزایش دمای اتصال، فازها و ترکیبات جدید در فصل مشترک تشکیل نگردیده ولی ضخامت لایه واکنشی افزایش یافته است. اندازه‌گیری ضخامت لایه واکنشی نشان داد که بیشترین میزان نفوذ معادل  84 میکرون در دمای  ^oC۱۰۰۰ و کمترین میزان  نفوذ معادل 64 میکرون در دمای  ^oC۹۰۰ صورت گرفته است.
 

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تغییرات سرعت چرخشی و پیشروی ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال در جوشکاری همزن اصطکاکی آلومینیم 1050 و فولاد زنگ نزن L316 است. به همین منظور کیفیت اتصال، ریزساختار، ضخامت و نوع ترکیبات بین‌فلزی، آزمون سختی و کشش بر روی اتصال مورد بررسی قرار گرفت. انتخاب مناسب پارامترهای جوشکاری باعث به وجود آمدن اتصال با خواص متالورژیکی و مکانیکی مناسب می شود. در این تحقیق، دو سرعت چرخشی rpm 560 و 900 و چهار سرعت پیشروی mm/min60، 80، 100 و 125 به عنوان پارامترهای متغیر انتخاب شدند. ریزساختار از چهار ناحیه فلزپایه، ناحیه متأثر از حرارت، ناحیه تحت تأثیر عملیات ترمومکانیکی و ناحیه همزده تشکیل شد. در تمامی نمونه‌ها منطقه همزده شامل ریزساختار تبلورمجدد یافته با دانه‌بندی ریز هم‌محور بود. با توجه به نتایج آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس مشخص شد که لایه تشکیل شده در فصل مشترک اتصال، ترکیب بین‌فلزی است. سختی ناحیه همزده در تمامی نمونه‌ها به دلیل تشکیل دانه‌های ریز هم‌محور تبلورمجدد یافته و وجود ذرات فولادی بالاتر از فلز پایه آلومینیم بود. بهترین نمونه از لحاظ خواص مکانیکی، ریزساختاری و کیفیت اتصال در شرایط سرعت چرخشی r‏pm  900 و سرعت پیشروی mm/min  125 به دست آمد که مقدار استحکام برابر 84 مگاپاسکال با بازده %77 بود.

 

روند کوچک‌سازی و فشرده‌سازی تجهیزات الکترونیکی و حذف عنصر سرب از آلیاژهای لحیم‌کاری به دلیل ملاحظات زیست‌محیطی، چالش بزرگی را در زمینه طراحی و توسعه لحیم‌های جدید ایجاد کرده است. لذا اخیراً کامپوزیت‌سازی با بهره‌گیری از ذرات تقویت‌کننده به‌منظور بهبود کارآیی لحیم‌های بدون سرب مدنظر پژوهشگران قرارگرفته است. در این پژوهش آلیاژ لحیم SAC0307  (99 درصد وزنی قلع، 3/0 درصد وزنی نقره و 7/0 درصد وزنی مس) با درصد‌های مختلف میکرو ذرات کبالت، به روش اتصال نورد انباشتی ساخته شد؛ سپس به بررسی تأثیر کامپورزیت‌سازی بر مشخصه‌های ترشوندگی، ریزساختاری و مکانیکی آلیاژ لحیم پرداخته شد. کمترین زاویه تماس در نمونه 2/0 درصد کبالت به مقدار 23 درجه به دست آمد. با اضافه کردن کبالت، اندازه ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 و Ag3Sn کاهش پیداکرد و درصد فازهای یوتکتیکی افزایش ‌یافت. همچنین شکل ترکیبات بین‌فلزی فصل‌مشترکی با اضافه کردن کبالت از حالت حلزونی به لایه‌ای تغییر کرده و متوسط ضخامت آن‌ها حدود 13 تا 71 درصد افزایش ‌یافته است. استحکام‌برشی لحیم‌ها با افزایش میکرو ذرات کبالت تا %38  در آلیاژ حاوی 4/0 درصد کبالت افزایش یافت؛ درحالی‌ که در لحیم کامپوزیتی حاوی 1 درصد کبالت، کاهش استحکام برشی به دلیل آگلومره شدن میکروذرات کبالت، مشاهده شد. سطوح شکست برشی نشان داد، ماهیت شکست با افزایش درصد میکرو ذرات کبالت در لحیم کامپوزیتی از شکست نرم به‌صورت حفرات کشیده شده به شکست ترد به‌صورت تورقی تبدیل‌شده است. نتایج نشان داد آلیاژ کامپوزیتی حاوی 2/0 تا 4/0 درصد کبالت بهترین خواص ترشوندگی و استحکام کشش برشی را دارند.

در این مقاله، خواص مکانیکی اتصال فاز مایع گذرا (TLP) بین Hastelloy X به ترکیب بین فلزیNi₃Al در محدوده دمایی 900-800 مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار اتصال توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی مطالعه شد. همچنین جهت بررسی تغییرات فازی در دماهای مختلف نیمه اتصال، از آزمون XRD دما بالا بهره گرفته شد. طبق مشاهدات میکروسکوپی، مقطع اتصال از سه منطقه متأثر از نفوذ، انجماد همدما و انجماد غیر همدما تشکیل شده بود که با افزایش دما و زمان فرایند، ناحیه انجماد همدما متشکل از محلول جامد غنی از نیکل در عرض ریزساختار گسترش یافت. استحکام اتصال بهینه در دمای °C1100 و زمان 180 دقیقه برابر با 4.5 ± 355 مگاپاسکال به دست آمد. استحکام برشی گرم در دماهای 800 و 900 به ترتیب به 1 ± 36.5 و 1 ± 20.5 مگاپاسکال اندازه گیری شد. شکست در سمت ترکیب بین فلزی در هر دو دمای آزمون به علت حضور حفرات انقباضی در حین مرحله انجماد ترکیب بین فلزی رخ داد.

در این پژوهش ریزساختار فصل‌مشترک اتصال جوشکاری انفجاری سه لایه فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 321- آلومینیوم 1050 - آلومینیوم 5083 با دو فاصله توقف 6 و 75/6 میلی‌متر، قبل و بعد از عملیات‌حرارتی بررسی شد. عملیات‌حرارتی نمونه‌های جوشکاری شده در دماهای C◦250و 350 برای زمان‌های1000، 3000 و 10000 ثانیه، انجام شد. بررسی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج نشان داد که در همه شرایط فصل‌مشترک آلومینیوم 5083- آلومینیوم 1050 به صورت مسطح و با ساختار بدون نقص است. با افزایش فاصله توقف، فصل‌مشترک فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 321- آلومینیوم 1050 از حالت صاف به حالت موجی تبدیل شده و همچنین متوسط ضخامت لایه فصل‌مشترک از 95/4 به 7/6 میکرون افزایش می‌یابد. در حین عملیات حرارتی، ضخامت لایه فصل‌مشترک متناسب با سینتیک نفوذ افزایش می‌یابد و در بیشترین مقدار به 56/18 و 02/15 میکرون به‌ترتیب برای نمونه با فاصله توقف 75/6 و 6 میلی‌متر می‌رسد. برای نمونه با فاصله توقف 75/6 و 6 میلی‌متر مقادیر انرژی محرکه نفوذ به‌ترتیب 6/46 وkJ/mol 4/42 و مقادیر ثابت نفوذ به ترتیب 2/142و ms-1 3/45 محاسبه شد.

امروزه با پیشرفت روز افزون تکنولوژی، تقاضا برای کوچک‌سازی وسایل الکترونیکی بیشتر از پیش مورد نیاز است. قرارگیری اتصالات الکترونیکی جدید در شرایط دمایی خزشی به دلیل نقطه ذوب پایین لحیم‌ها و همین‌طور دانسیته جریان بالا چالش‌هایی مانند مهاجرت الکترونی و حرارتی به وجود آورده است. لذا اخیراً آلیاژسازی و کامپوزیت‌سازی جهت بهبود مقاومت به مهاجرت الکترونی اتصالات الکترونیکی به کار گرفته شده است. در این پژوهش سعی بر آن شد با کامپوزیت سازی آلیاژ لحیم بدون سرب SAC0307 با استفاده از میکروذرات کبالت، مقاومت به مهاجرت الکترونی بهبود یابد. حضور کبالت در ترکیب بین فلزی فصل مشترکی باعث پایداری بیشتر ترکیب بین فلزی فصل مشترکی و جلوگیری از کاهش ضخامت ترکیب بین فلزی فصل مشترکی در طی زمان آزمون مهاجرت الکترونی می‌شود؛ درنتیجه پایداری و برقراری اتصال الکترونیکی نمونه لحیم‌کاری شده با آلیاژ لحیم کامپوزیتی بیشتر از آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی است. از طرفی دیگر، به دلیل ساختار ریزدانه و افزایش چگالی مرزدانه‌ها در آلیاژ لحیم کامپوزیتی، مکانیزم نفوذ شبکه ای در آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی به مکانیزم نفوذ مرزدانه تغییر یافته است؛ در نتیجه به دلیل مصرف اتم‌های مس شارش یافته از سمت کاتد به آند توسط ترکیبات بین فلزی موجود در مرزدانه‌ها، در آلیاژ لحیم کامپوزیتی طی زمان آزمون مهاجرت الکترونی غیریکنواختی ریزساختاری مشاهده شد.

لحیم‌کاری نرم از پرمصرف‌ترین فرایندهای اتصال‌دهی در صنعت الکترونیک است. بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی و همچنین کنترل تشکیل و رشد ترکیبات بین‌فلزی، زمینه‌ساز گسترش تحقیقات در زمینه کامپوزیت‌سازی شده است. توزیع یکنواخت از ذرات سخت در زمینه لحیم، ‌طوری‌که خواص فیزیکی و مکانیکی را بهبود بخشد می‌تواند معیاری موفقیت‌آمیز برای رسیدن به آلیاژهای لحیم کامپوزیتی باشد. در این پژوهش با بهره‌گیری از روش اتصال‌دهی نورد انباشتی (ARB)، کامپوزیت‌سازی آلیاژ لحیم نرم بدون سرب SAC0307 با استفاده از میکروذرات کبالت انجام شد. در ادامه جهت بررسی کارایی روش کامپوزیتی به کارگرفته شده، ورق‌های لحیم تولید شده به این روش از نظر ریزساختاری، مکانیکی و فیزیکی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری نشان‌دهنده توزیع مناسب ذرات تقویت کننده کبالت درزمینه لحیم بعد از3 پاس ARB بود. همچنین، با افزایش درصد کبالت اندازه ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 در آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی ازµmم9 به µmم5 در آلیاژ لحیم کامپوزیتی با 1 درصد وزنی کبالت کاهش یافت. در ادامه با بررسی تغییرات شکل و اندازه دانه های β-Sn، وقوع و تسریع فرایند‌های ترمیمی (بازیابی و تبلور مجدد) با حضور ذرات تقویت کننده کبالت در زمینه لحیم نشان داده شد. بررسی‌های خواص مکانیکی ورق‌های تولید شده، افت 20 درصدی استحکام مکانیکی اتصال بین لایه‌های ورق لحیم کامپوزتی را نشان داد. همچنین، نتایج آزمون کشش نشان‌دهنده افزایش 28 درصدی استحکام کششی و کاهش 31 درصدی ازدیاد طول آلیاژ لحیم کامپوزیتی با 1 درصد وزنی کبالت است. از طرفی نتایج آزمونDSC، تغییر ناچیز دمای ذوب ورق‌های آلیاژ لحیم کامپوزیتی را نشان داد.

فولادهای ساده کربنی با توجه به ارزان بودن آن‌ها کاربردهای مختلفی در صنعت دارند ولی خواص مکانیکی و مقاومت سایشی مطلوبی ندارند. اعمال پوشش‌های سخت و مقاوم به سایش کارایی و حوضه کاربرد آن‌ها را افزایش می‌دهد. پوشش کلمونوی۶ (Colmonoy6) از جنس سوپر آلیاژهای پایه نیکل می‌باشد که باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش، فرسایش و خوردگی سطح می‌شود. هدف این پژوهش بررسی خواص سایشی روکش سخت و مقاوم به سایش کلمونوی۶ بر روی زیرلایه فولاد ساده کربنی می‌باشد. در این تحقیق روکش کلمونوی۶با استفاده از فرایند جوشکاری به دو روش قوس انتقالی پلاسما وقوس تنگستن و در شرایط یکسان انجام شد. خصوصیات ریزساختاری و رفتار سایشی نمونه‌ها در دماهای مختلف باهم مقایسه شدند. بررسی‌های ریزساختاری توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی، و آنالیزهای فازی توسط آنالیز پراش پرتو ایکس صورت گرفت. آزمون سایش پین بر روی دیسک در سه دمای ۲۵، ۳۰۰ و ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد و با استفاده از پین سرامیکی آلومینایی انجام شد. بررسی‌های ریزساختاری روکش، تشکیل محلول جامد غنی از نیکل دندریتی، وترکیبات بورایدی و کاربیدی بین دندریتی در روکش‌ها که موجب افزایش سختی و بهبود مقاومت سایشی می‌شوند را تایید کردند. نتایج نشان داد که در هر دو روش روکش‌کاری، مکانیزم سایش در دمای اتاق از نوع سایش خراشان ملایم، در حالی‌که در دمای ۶۰۰ درجه، مکانیزم سایش از نوع تغییر شکل پلاستیکی است که بترتیب دارای عمق شیار سایشی در حدود ۳5-۳3 میکرون، و ۵5-۵0 میکرون می باشند. در هر دو روش، سختی روکش تقریبا عدد ۶۰۰ ویکرز را نشان داد که افزایش چند برابری نسبت به زیرلایه دارد. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که عواملی به غیر از سختی در تعیین رفتار سایشی نقش بازی می‌کنند که از آن جمله می‌توان به پایداری ریزساختاری و توزیع فازها در دمای بالا اشاره کرد.

ساخت افزایشی قوسی با سیم (WAAM) به دلیل نرخ بالای رسوب‌دهی، جایگاهی ویژه در تولید قطعات بزرگ فلزی دارد. استفاده از فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی در این فرایند می‌تواند علاوه بر کاهش هزینه‌های تولید، آزادی بیشتری در طراحی قطعات فراهم کند. فولاد زنگ‌نزن 310، که به‌عنوان فولاد نسوز در صنعت شناخته می‌شود، به دلیل مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و دمای بالا، کاربرد گسترده‌ای دارد. با این حال، این فولاد به‌طور ویژه به ترک‌های گرم در حین فرایندهای جوشکاری و ساخت افزایشی حساس است. در این پژوهش، ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ‌نزن 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 پایین‌تر، می‌تواند حساسیت فولاد زنگ‌نزن 310 به ترک‌های گرم را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد. این یافته‌ها اهمیت انتخاب مناسب فرایند برای تولید قطعات باکیفیت و کاهش عیوب ساختاری را نشان می‌دهد.

در این تحقیق، اثر شدت جریان جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای بر تشکیل ترک‌تردی فلز مذاب (LME)  در فولاد پیشرفته QP1180 گالوانیزه بررسی شد. ورق‌های فولادی گالوانیزه شده با ضخامت 1 میلی‌متر با جریان‌های6.5، 7، 7.5 و 8 کیلوآمپر جوشکاری شدند. نتایج نشان داد با افزایش شدت جریان، اندازه ناحیه جوش (ناگت)، حجم ذوب، فرورفتگی الکترود و در نتیجه احتمال شکل‌گیری ترک‌های LME به طور قابل توجهی افزایش یافت. بررسی ریزساختار، توزیع عناصر و ترک‌ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی انجام شد. نتایج نشان داد که ریزساختار ناحیه جوش عمدتاً مارتنزیتی بوده و توزیع غیریکنواخت عنصر روی در مرز دانه‌ها، آغاز و گسترش ترک‌های LME را تسهیل کرده است. ترک‌ها عمدتاً در لبه فرورفتگی حوضچه جوش و همچنین در ناحیه تماس الکترود با ورق مشاهده شدند. تشکیل این ترک‌ها در جریان‌های بیش از 7 کیلوآمپر باعث افت خواص مکانیکی شد. بطوری‌که با افزایش جریان از 5/6 به 7 کیلوآمپر بیشینۀ نیرو از 21/3 به 18/6 کیلونیوتن کاهش یافت. همچنین، جابجایی از 4/19 به 3/68 میلی‌متر رسید. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که کنترل شدت جریان جوشکاری عامل کلیدی در کاهش پدیده LME و بهبود خواص مکانیکی اتصال در فولادهای QP1180 گالوانیزه می‌باشد. بهینه‌سازی پارامترهای جوشکاری، به ویژه محدودسازی شدت جریان، می‌تواند به جلوگیری از بروز ترک‌های ناشی از مذاب و افزایش دوام و ایمنی سازه‌های خودرویی منجر گردد. پروفیل سختی نشان داد که بیش‌ترین مقدار سختی در ناحیه‌ جوش حاصل شد و پس از آن با فاصله گرفتن به سمت ناحیه تحت تأثیر حرارت سختی کاهش یافت.