مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

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 سربه‌‌سر جوشکاری شدند. جوشکاری اصطکاکی اختلاطی بهترین روش اتصال ورق‌های فوق‌ریزدانه است. بررسی‌های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی عبوری از نواحی اختلاط، ترمومکانیکی و ناحیه متأثر از حرارت انجام شد. ساختار تبلورمجددیافته ریز در ناحیه جوشکاری‌شده با اندازه دانه حدود nmم900 مشخص شد. در اثر مکانیزم‌های استحکام‌دهی مرزدانه‌ها، رسوبات نانومتری و استحکام‌دهی محلول جامد، استحکام بالایی در حدود MPaم403 به دست آمد. وجود رسوبات با توزیع همگن در ورق‌های جوشکاری اصطکاکی‌شده باعث انعطاف‌پذیری بالا در حدود %14 نسبت به ورق‌های کامپوزیت ساخته‌شده (% 9/6) گردید. سختی بالای ناحیه اختلاط ناشی از تشکیل دانه‌های هم‌محور جدید و رسوبات ریز و کاهش سختی ناحیه متأثر از حرارت در اثر انحلال رسوبات T-phase و درشت شدن آن‌ها بود.

برخلاف روش‌های جوشکاری معمول، جوشکاری فراصوتی آلیاژهای تیتانیمی به فولادی باعث تشکیل ترکیبات بین فلزی ترد، پیچش زیاد و تضعیف خواص مکانیکی اتصال نمی‌شود. جوشکاری فراصوتی نمونه‌های 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 لایه‌های میانی Cu، 70B و Zn انجام شد. بررسی نمونه‌ها توسط آزمون‌های OM، SEM، کشش برشی و ریزسختی‌سنجی نشان‌دهنده کمترین و بیشترین چگالی باند به ترتیب برابر با 2/42 و 6/80 درصد برای نمونه‌های 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 نمونه‌های 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.

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 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.

به منظور پوشش‌دهی و بهبود سختی و مقاومت به سایش فولاد St60، از سیم‌جوش NiCrMo و فرایند جوشکاری قوس تنگستن-گاز محافظ استفاده شد. مشخصه‌های جوشکاری برای ایجاد پوششی با بیشترین سختی و مقاومت به سایش و حداقل عیوب در نظر گرفته شدند. نتایج حاصل نشان داد که، ریزساختار پوشش‌های کامپوزیتی عمدتا حاوی فازهای α-Mo، NiMo و تیغه‌ای است. با افزایش شدت جریان از 90 به 110 آمپر، تخلخل‌ها و غیریکنواختی در ریزساختار پوشش‌ها بیشتر شده و نمونه پوشش‌دهی شده با شدت جریان 90 آمپر، ریزساختار یکنواخت‌تر و عیوب کمتری را نشان داد. مقدار سختی متوسط پوشش‌ها 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 پوشش‌ها 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.

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 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.