مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

در این پژوهش، اثر متغیرهای فرایند جوشکاری اصطکاکی تلاطمی (سرعت انتقالی ابزار در بازه‌ 50 تا 150 میلی‌متر بر دقیقه و سرعت چرخشی ابزار در بازه‌ 300 تا 1100 دور بر دقیقه) بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلومینیوم AA5052 به پلی‌پروپیلن PP-Z30S مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری با میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی نشان داد ایجاد اتصال با تشکیل قفل‌های مکانیکی به شکل قطعات لنگر مانندی از جنس آلومینیوم همراه است. به‌علاوه مشاهده شد که کاهش حرارت ورودی (با افزایش سرعت خطی و یا کاهش سرعت چرخشی ابزار) موجب افزایش اندازه‌ این لنگرها می‌شود. نتایج آزمون کشش-برش نشان داد که افزایش سرعت انتقالی ابزار از 50 به 100 میلی‌متر بر دقیقه با افزایش اندازه‌ لنگرها موجب افزایش نیروی شکست (حدود %10) می‌شود. اگرچه، افزایش بیشتر سرعت چرخشی، بدلیل ایجاد عیوب و حفرات در فصل مشترک اتصال، نیروی شکست را کاهش داد (از 235 به 181 نیوتن). افزایش سرعت چرخشی از 300 تا 900 دور بر دقیقه نیز با ایجاد لنگرهای عمود بر سطح پلیمر و با عمق نفوذ بیشتر، موجب افزایش استحکام اتصال (تا حدود %70) 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 میلی‌متر  با سرعت پیشروی 100 میلی‌متر بر دقیقه و سرعت چرخش ابزار 450 دور بر دقیقه  با ابزاری از جنس WC-5%Co  تحت جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی قرار گرفت. تحلیل‌های 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 می‌باشد. نقشه‌های 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) به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. همچنین، تنش تسلیم ناحیه همزده (388 مگاپاسکال) نسبت به فلزپایه (145 مگاپاسکال) بهبود چشمگیری داشته که این امر را می‌توان به کاهش اندازه دانه، افزایش مرزهای بزرگ زاویه، افزایش چگالی نابجایی و تشکیل مارتنزیت نسبت داد. با این حال، انعطاف‌پذیری ناحیه همزده کاهش یافت که ناشی از افزایش تمرکز تنش و چگالی نابجایی در این ناحیه است. این نتایج نشان می‌دهد که جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی می‌تواند یک روش مؤثر برای بهبود استحکام و سختی فولادهای آستنیتی باشد، اما نیازمند کنترل شرایط فرایندی جهت جلوگیری از کاهش چقرمگی و انعطاف‌پذیری است.

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.

این پژوهش به بررسی تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی جوش‌های مقاومتی نقطه‌ای در فولاد استحکام بالای پیشرفته QP980، با تمرکز بر اثرات پوشش روی و تأثیر آن بر تشکیل دکمه جوش، خواص مکانیکی و رفتار شکست جوش‌ها می‌پردازد. در فرایند تحقیق، از بررسی‌های میکروسکوپی، آزمون‌های مکانیکی از جمله کشش-برش و میکرو‌سختی استفاده شده و همچنین شبیه‌سازی 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 می‌شود. یک مدل اجزای محدود فرایند جوشکاری برای شبیه‌سازی توزیع گرما و بررسی‌های ریزساختاری در مناطق مختلف جوشکاری مورد استفاده قرار گرفت. این مدل نشان داد که رسیدن به دمای بیشینه در طول جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای چهار پالسی، به دلیل شرایط جوشکاری پالسی و زمان‌های نگه‌داشتن بین پالس‌ها، به تأخیر می‌افتد. این تأخیر، در کنار زمان نگه‌داری مناسب، از تشکیل حفرات جلوگیری می‌کند. تاریخچه حرارتی شبیه‌سازی شده توسط مدل اجزا محدود و شرایط گرمایش/خنک‌کاری سریع به‌طور مؤثر تکامل و دگرگونی ریزساختار در نواحی مختلف جوش را پیش‌بینی کرد. علاوه بر این، مطالعه پیش‌رو رابطه بین ویژگی‌های درشت‌ساختاری قطعه با خواص مکانیکی و رفتار شکست جوش‌ها را بررسی می‌کند. وجود پوشش روی و کاهش مقاومت الکتریکی تماسی ناشی از آن، باعث به تأخیر افتادن تشکیل دکمه جوش در جریان‌های جوشکاری پایین‌تر شد. با این حال، در جریان‌های بالاتر، منبع اصلی تولید حرارت از مقاومت تماسی به مقاومت بالک در ورق فولادی تغییر می‌کند که منجر به تشکیل دکمه جوش بزرگ‌تر در ورق‌های پوشش‌دار نسبت به نمونه‌های بدون پوشش می‌شود. اگرچه نمونه‌های بدون پوشش سختی دکمه جوش (با مقدار 512 ویکرز) و استحکام کششی-برشی بالاتری نشان دادند (با بیشینه نیروی تحمل‌شده 28/1 کیلونیوتن در نمونه بدون پوشش و 24 کیلونیوتن در نمونه پوشش‌دار)، اما نمونه‌های پوشش‌دار توانستند در جریان‌های جوشکاری کمتر (۹ کیلوآمپر در مقابل 5/9 کیلوآمپر) به اندازه بحرانی دکمه جوش برای تغییر مد شکست برسند.

در این پژوهش، به‌منظور دستیابی به ساختار تدریجی بین فولاد زنگ‌نزن p17-4PHو آلیاژ Stellite6، از فرایند رسوب‌نشانی مستقیم لیزری استفاده شد. نمونه‌ها به‌گونه‌ای طراحی و ساخته شدند که ترکیب شیمیایی در هر مرحله به‌صورت تدریجی و گام‌به‌گام از %100 p17-4PHبه %100 Stellite6 تغییر یابد. این تغییر به‌صورت کاهش 25 درصدی سهم p17-4PHو افزایش 25 درصدی سهم Stellite6 در هر مرحله صورت گرفت. بررسی ریزساختار و توضیع عناصر با میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز عنصری انجام شد. به منظور محاسبه خواص مکانیکی با آزمون میکروسختی HV و آزمون کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد ساختار مارتنزیتی سوزنی در بستر، با انتقال به ترکیب %۲۵ به دندریت‌های سلولی تبدیل و با افزایش درصدStellite 6  و افزایش Cr و W موجب گسترش مرز دانه‌ها و تجمع کاربید میان دندریت‌ها شد. در ترکیب %۵۰ ظهور دندریت‌های ستونی جهت‌دار مشاهده شد. در مقادیر بالاتر Stellite 6، ساختار دندریتی ریزتر شده و به ساختارهای هم‌محور تبدیل شد. روند تغییر ریزسختی از فلزپایه، از 300 ویکرز برای p17-4PHدر امتداد ساخت به سمت لایه¬های بالاتر نمونه‌ها افزایش و تا 490 ویکرز برای Stellit6 خالص مشاهده شد. آزمون کشش نشان داد که σᵧ و σᵤ در تمامی ترکیبات در بازه‌ ۱۱۰۲–۱۱۵۹ مگاپاسکال با کاهش اندک و پیوسته حفظ شده و نبود فازهای ترد یا عیوب ساختاری موفقیت فرایند رسوب‌نشانی مستقیم لیزری را تأیید می‌کند. درصد ازدیاد طول نیز از %۷ در استلایت ۶ تا %۱۹ در p17-4PHبا افزایش میزان p17-4PHافزایشی بوده و ترکیب ۵۰–۵۰ با 14.5 درصد ازدیاد طول بهترین تعادل بین استحکام و انعطاف‌پذیری را ارائه داده است.

در این پژوهش، تأثیر جریان پالسی و جریان ثابت بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات جوش سوپرآلیاژ Hastelloy X در فرایند جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، از فلزپرکننده ERNiCrMo-2 استفاده شد. پارامترهای مهم ریزساختاری نظیر جدایش عناصر آلیاژی، ریزتر شدن دندریت‌ها، یکنواختی ساختار فلزجوش و تغییرات حاصل در سختی و استحکام جوش، در دو حالت جوشکاری بررسی و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه شدند. برای ارزیابی ریزساختار، از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، طیف‌سنجی توزیع انرژی و جهت شناسایی فازها از پراش پرتو ایکس استفاده گردید. نتایج نشان داد که جوشکاری با جریان پالسی منجر به تشکیل ساختاری ریزتر با دندریت‌های هم‌محور، کاهش جدایش عناصر آلیاژی و توزیع یکنواخت‌تر کاربیدهای M₆C در فلزجوش می‌شود. همچنین، این فرایند موجب بهبود قابل توجهی در سختی، مقاومت به ضربه و استحکام کششی فلزجوش نسبت به جوشکاری با جریان ثابت گردید. بررسی‌های شکست‌نگاری، رفتار شکست نرم را در تمامی نمونه‌ها تأیید کرد که با نتایج ریزساختاری و مکانیکی مطابقت داشت. یافته‌های این پژوهش، اهمیت کاربرد جریان پالسی در جوشکاری را به‌عنوان راهکاری مؤثر برای کنترل ریزساختار و بهبود خواص مکانیکی اتصال سوپرآلیاژ Hastelloy X برجسته می‌سازد.

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.

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.