مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

هدف از پژوهش حاضر بررسی تأثیر پارامترهای جوشکاری پرتو الکترونی بر ریزساختار و خواص  مکانیکی اتصال غیرهمجنس فولاد زنگ‌نزن PH4-17 و آلیاژ Ti-6Al-4V می‌باشد. برای این منظور، جوشکاری این دو آلیاژ با لایه میانی مس با ضخامت 1 میلی‌متر انجام شد. دو سرعت جوشکاری مختلف 0/7 و 0/9 متر بر دقیقه با چهار میزان انحراف پرتو (0، 0/2، 0/4 و 0/6 میلی‌متر) از مرکز لایه میانی به سمت فولاد برای انجام آزمایش‌ها استفاده شد. نتایج نشان ‌می‌د‌هد که با استفاده از لایه میانی مس با ضخامت1 میلی‌متر، ترک‌های ناشی از تشکیل ترکیبات بین‌فلزی از حوضچه جوش حذف می‌شوند. در فصل مشترک بین تیتانیوم و حوضچه جوش در انحراف پرتوهای 0 و 0/2 میلی‌متر، محلول جامد مس و ترکیبات بین‌فلزی TiCu2 و در انحراف پرتوهای 0/4 و 0/6 میلی‌متر، محلول جامد مس و ترکیبات بین‌فلزی TiCu تشکیل می‌شود. در ناحیه حوضچه جوش در انحراف پرتوهای 0 و 0/2 میلی‌متر، ترکیبات بین‌فلزی TiCr2+TiFe2 و در انحراف 0/4 و 0/6 میلی‌متر، محلول جامد آهن (Fe-α)، محلول جامد مس و ترکیبات بین‌فلزی TiCu تشکیل می‌شوند. بیشترین میزان سختی در فصل مشترک حوضچه جوش و آلیاژ تیتانیوم و همچنین در سطح مشترک حوضچه جوش و فولاد مشاهده می‌شود که به سبب حضور ترکیبات بین فلزی با سختی بالا در این مناطق می‌باشد. با افزایش سرعت جوشکاری و میزان انحراف پرتو، میزان سختی کاهش می‌یابد که به دلیل کاهش ترکیبات بین فلزی ترد و شکننده در ساختار اتصال می‌باشد. با افزایش میزان انحراف پرتو از 0/4 میلی‌متر به 0/6 میلی‌متر در سرعت 0/7 متر بر دقیقه، استحکام برشی اتصال از 180 مگاپاسکال به 210 مگاپاسکال و در سرعت 0/9 متر بر دقیقه، استحکام برشی اتصال از 230 مگاپاسکال به 250 مگاپاسکال افزایش می‌یابد. نمونه جوشکاری شده با سرعت جوشکاری 0/9 متر بردقیقه و میزان انحراف پرتو 0/6 میلی‌متر دارای بیشترین استحکام برشی معادل 250 مگاپاسکال می‌باشد. شکست در تمامی نمونه‌ها در فصل مشترک بین حوضچه جوش و آلیاژ تیتانیوم  اتفاق می‌افتاد که نشان می‌دهد ضعیف‌ترین ناحیه در اتصال، این فصل مشترک می‌باشد.

سوپرآلیاژ اینکونل ۷۱۳LC یکی از آلیاژهای پرکاربرد دمای بالا است و به‌دلیل میزان بالای فاز گاماپرایم ناشی از غلطت Ti و Al بیشتر از یک مقدار بحرانی، این آلیاژ ازجمله آلیاژهای جوش ناپذیر محسوب می‌شود. یکی از روش‌های اساسی تعمیرات این سری از سوپرآلیاژها روش‌های روکش‌کاری لیزری می‌باشد؛ در این پژوهش زیرلایه IN713LC  با پودر اینکونل 625  توسط سیستم رسوب‌نشانی مستقیم لیزری بازسازی شد. جهت مشخصه‌یابی آزمون‌های میکروسکپی نوری و الکترونی، تخلخل‌سنجی، و پراش پرتوایکس انجام‌شد؛ نتایج نشان داد در سرعت‌های بالای روکش‌کاری لیزری میزان R (نرخ رشد نوک دندریت) افزایش می‌یابد، در نتیجه نسبت G/R (مادون انجماد ترکیبی) کاهش می‌یابد و ساختار به سمت دندریتی هم‌محور میل می‌کند. به همین دلیل با افزایش سرعت روبش‌لیزر از 4 به 6 میلی‌متر بر ثانیه، ساختار دندریتی هم‌محور افزایش می‌یابد. نتایج سختی سنجی حاکی از کاهش سختی تا منطقه فصل مشترک از 430 به 370 ویکرز و نوسانات در حدود 50 ویکرز می‌باشد. به‌دلیل سرعت انجماد بالا، میانگین فاصله بین بازوهای ثانویه 8/0 در پایین، 01/1 در میانه و 75/1میکرومتر در بالای نمونه به‌دست آمد. به‌دلیل سرعت بالای سردشدن تنها کاربیدها و فاز لاوه تشکیل شده است. همچنین نتایج تخلخل سنجی روکش نشان‌دهنده تخلخل حداکثر 1/0 درصد است.

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 داربست‌های زمینه پلیمری کیتوسان و پلی لاکتیک اسید که حاوی ذرات اکسید روی هستند با به خدمت گیری چاپگر سه بعدی انجام گردید. ذرات اکسید روی از طریق روش سنتز احتراقی فرآوری گردیدند. در ادامه طبق نتایج XRD اکسید روی تولید شده دارای خلوص فازی بالایی می‌باشد و تبخیر ناخالصی‌های فرار و افزایش خواص کریستالی با انجام فرایند کلسینه کردن ایجاد گردید. در الگوی پراش اشعه ایکس PLA/ZnO/Chitosan پیک پهن در محدوده ۱۰تا  ۲۵درجه نشان دهنده آمورف بودن پلیمر زمینه است و با افزوده شدن  ZnO پیک‌های تیز و قدرتمندی در گراف بوجود آمده‌اند. تصاویر SEM  اکسید روی سنتز شده با روش احتراقی نیز نشان داد که اندازه‌ نانو ذرات ZnO دارای اندازه تقریبی 50 نانومتر هستند در حالی‌که پس از انجام عملیات حرارتی کلسینه کردن اندازه ‌ذرات افزایش بسیار زیادی یافته و به اندازه متوسط و تقریب160-130 نانومتر رسیده است. در نهایت نیز تصاویرمیکروسکوپی برگرفته از سطح داربست‌های حاوی ٪۱۰ اکسید روی، ٪۵ کیتوسان و پلی‌لاکتیک‌اسید نشان دادند که با رسیدن به شرایط بهینه چاپگر سه بعدی، ذرات ZnO به صورت یکنواخت و مناسبی در زمینه پلیمری PLA/Chitosan پراکنده شده‌اند.
 

بازسازی قطعات به‌وسیله رسوب‌نشانی مستقیم لیزری می‌تواند تلفیقی از خواص مقاومت به سایش بالا، چقرمگی مناسب و مقاومت مطلوب در برابر خوردگی را ایجاد نماید. در این پژوهش خواص سایشی روکش پودر اینکونل 625 روی زیرلایه هم‌جنس بررسی شد؛ بدین منظور از آزمون سایش دمای محیط و دمای بالا استفاده و کاهش‌جرم، ضریب اصطکاک، عرض و عمق نفوذ سایش اندازه‌گیری شد. جهت ارزیابی سطح سایش‌یافته از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم طیف سنجی پراش انرژی استفاده شد. نتایج نشان داد؛ کاهش جرم ناشی از سایش روکش اینکونل 625 در مقایسه با زیرلایه اینکونل 625 به ترتیب 7 و 52  درصد در سایش دمای 25 و 620 درجه سانتیگراد کاهش یافت. مکانیزم سایش دمای محیط پوشش عمدتاً خراشان و مکانیزم سایش دما بالای آن  عمدتاً چسبان است.

آلیاژهای سری 5xxx و 6xxx از پرکاربردترین آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف از جمله صنایع خودرو، کشتی‌سازی و هواپیمایی است. در این پژوهش اتصال دو آلیاژ AA6061-T6 و AA5052-H12 در چهار سرعت انتقالی 60، 90، 120 و 180 میلی‌متر بر دقیقه و سه سرعت چرخشی 600، 800 و 1000 دور بر دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. این بررسی‌ها در شرایطی انجام شد که هر کدام از دو آلیاژ در دو سمت پیشرونده و پسرونده قرار گرفته باشد. نتایج این بررسی‌ها نشان داد که بیشترین استحکام کششی در شرایطی است که نمونه AA5052 در سمت پیشرونده قرار گرفته و سرعت انتقالی 90 میلی‌متر بر دقیقه و سرعت چرخشی 600 دور بر دقیقه باشد و در این حالت مقدار استحکام نهایی کششی برابر با 197 مگاپاسکال است. علاوه بر این نتایج این تحقیق نشان داد که به طور کلی با افزایش سرعت انتقالی در سرعت چرخشی ثابت استحکام کششی کاهش و با افزایش سرعت چرخشی در سرعت انتقالی ثابت، استحکام کششی افزایش می‌یابد. علاوه بر این از مقاطع تمام نمونه‌ها بررسی میکروسکوپی و ماکروسکوپی به عمل آمد و نواحی و عیوب مختلف بررسی شد. با توجه به بررسی‌های انجام شده بر ریزساختار، اندازه دانه‌ها در دکمه جوش نسبت به فلز پایه، HAZ و TMAZ کاهش یافت. اندازه دانه در HAZ در تمامی نمونه‌ها بیشترین مقدار را نسبت به مناطق دیگر دارد و این سبب کاهش استحکام جوش در این منطقه شود.

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.

در مطالعه حاضر از فرایند اصطکاکی اغتشاشی(FSP) برای تولید کامپوزیت هیبریدی سطحی Al/ZrO₂/ZrSiO₄ در سرعت چرخش ثابت 1400 دور بر دقیقه و سرعت‌های پیشروی 20، 25، 5/31 و 40 میلی‌متر بر دقیقه استفاده گردید. لذا هدف از مطالعه مذکور بررسی تاثیر سرعت پیشروی ابزار بر ریزساختار، سختی و رفتار سایشی کامپوزیت هیبریدی سطحی فوق الذکر و مقایسه آن با آلومینیوم 5052 خام است. بررسی‌ها نشان داد، در اثر عملیات FSP یک ساختار ریزدانه ایجاد می‌گردد که با حضور ذرات ZrO₂ و ZrSiO₄ سختی و مقاومت سایشی نمونه‌ها در مقایسه با نمونه خام بهبود می‌یابد. همچنین نتایج نشان داد، در بین نمونه‌های FSP شده، نمونه با سرعت پیشروی 20 میلی‌متر بر دقیقه دارای بالاترین سختی و مقاومت سایشی است. دلیل این موضوع آنست که در این نمونه بدلیل سرعت پیشروی کمتر در مقایسه با سایر نمونه‌ها، گرمای بیشتری ایجاد شده که منجر به توزیع مناسب تر و ریزشدن بیشتر ذرات گردیده است. بنابراین در نمونه با سرعت پیشروی 20 میلی‌متر بر دقیقه، سختی و مقاومت سایشی در مقایسه با نمونه خام به ترتیب %3/27 و %9/68  افرایش می‌یابد. همچنین بررسی سطوح سایش نمونه‌ها نشان داد مکانیزم سایش در نمونه خام سایش چسبان قوی است که در اثر عملیات FSP و کامپوزیت سازی سطوح بدلیل ریز شدن دانه‌ها و افزایش سختی، مکانیزم سایش به چسبان ضعیف تبدیل شده است، لذا مقاومت به سایش نمونه‌های FSP بهبود یافته است.
 

در این تحقیق اتصال غیرمشابه آلیاژ زیست تخریب پذیر AZ31 به آلیاژ تیتانیومی Ti-6Al-4V به روش جوشکاری اصطکاکی چرخشی و با هدف نهایی ساخت پین یا پیچ دو جنسی ارتوپدی مورد بررسی وارزیابی قرار گرفت. از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی ریزساختار، از پراش پرتو ایکس برای آنالیز فازی و از دستگاه آزمون پیچش و دستگاه ریز سختی‌سنج برای بررسی خواص مکانیکی و از آزمایش پلاریزاسیون تافل و امپدانس الکتروشیمیایی برای بررسی مقاومت خوردگی استفاده شد. در عملیات جوشکاری، سرعت‌ دورانی 1100، 1200 و 1300 دور بر دقیقه و زمان اصطکاک 2 و 4 ثانیه به عنوان پارامترهای متغیر، و دو پارامتر فشار اصطکاک و فشار فورج به ترتیب به میزان 50 و 40 مگاپاسکال به عنوان پارامترهای ثابت در نظر گرفته شدند. بررسی ریزساختار منطقه اتصال نشان داد که در قسمت آلیاژ تیتانیوم تقریبا هیچ‌گونه تغییر شکلی وجود ندارد، اما در سمت منیزیم بیشترین میزان تغییر شکل و با فاصله گرفتن از خط اتصال به ترتیب، منطقه اتصال(CZ)، منطقه تغییر شکل جزیی (PDZ)، منطقه متاثر از عملیات ترمومکانیکی(TMAZ)ومنطقه تبلور مجدد دینامیکی (DRX) قابل مشاهده می‌باشند. تشکیل ترکیبات بین فلزی مانند Mg₂AlZn، Ti₃Al و همچنین ریز شدن دانه‌ها باعث افزایش سختی ناحیه منیزیم مجاور خط اتصال تا 150 ویکرز شد.  نتایج آزمون پیچش نشان داد نمونه جوشکاری شده در شرایط سرعت دوران 1200 دور بر دقیقه و در زمان اصطکاک 4 ثانیه دارای بالاترین میزان استحکام برشی و به مقدار 5/81 مگاپاسگال و همچنین دارای بالاترین مقاومت به خوردگی در بین سایر نمونه‌ها می‌باشد.

در این تحقیق، بهینه‌سازی قابلیت شبکه عصبی مصنوعی (ANN) به‌منظور پیش‌بینی استحکام کششی و ازدیاد طول نسبی اتصالات ایجاد شده بر Al-5083 توسط فرایند جوشکاری همزنی اصطکاکی (FSW) مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور با تغییر پارامترهای موثر بر کارایی ANN از قبیل تعداد لایه‌ها و تعداد نورون‌های لایه‌های مخفی، نوع تابع انتقال بین لایه‌ها، الگوریتم یادگیری و غیره، شبکه عصبی کارآمد برای پیش‌بینی خواص کششی اتصالات FSWed-Al-5083 تعیین گردید. بررسی‌های انجام شده آشکار نمود که شبکه عصبی پرسپترون با دو لایه پنهان و تعداد 17 نورون، الگوریتم آموزش لونبرگ-مارکوارت و تابع انتقال Logsig برای لایه‌های میانی و تابع تبدیل Tansig برای لایه خروجی، کارآمدترین شبکه عصبی برای پیش‌بینی مورد نظر است. شبکه مذکور دارای ساختار بهینه براساس کمینه مقدار خطای میانگین مربعات 05/0، بیشینه ضریب همبستگی کل 93/0 و رگرسیون خط با زاویه 45 درجه بین مقادیر واقعی و پیش‌بینی شده می‌باشد. در نتیجه این شبکه از کارایی مطلوبی برای آموزش، تعمیم و برآورد استحکام کششی و ازدیاد طول نسبی Al-5083 اتصال FSW داده شده برخوردار است.

آلیاژهای  آنتروپی بالا بدلیل دارا بودن خواص عالی به ویژه برای کاربرد به عنوان فلزات پرکننده در لحیم‌کاری سخت مناسب هستند. در مطالعه حاضر، سه پودر با ترکیب CoxCrxCuxFexMnxNix (X درصد اتمی عنصر) با استفاده از ضوابط این آلیاژها و همچنین نرم افزار JMATPRO طراحی گردید. مرحله بعد با استفاده از آلیاژسازی مکانیکی، نانو پودر پرکننده سنتز شد و توسط آزمون آنالیز اشعه ایکس (XRD) مشخصه‌یابی و اثر ترکیب پرکننده بر رفتار حرارتی آلیاژ، مطالعه شد. سپس پرکننده در لحیم‌کاری سخت سوپر آلیاژ اینکول ۶۰۰ مورد استفاده قرار گرفت، رفتار انجماد تک فازی و عدم وجود بور و سیلیکون در پرکننده آنتروپی بالا منجر به ایجاد یک ریزساختار پیوسته بدون اجزای یوتکتیک یا فازهای شکننده در فصل مشترک لحیم‌کاری سخت گردید. بدین ترتیب آزمون استحکام برشی انجام شده وMPa  545 در بین سه ترکیب پرکننده، بالاترین استحکام برشی بود که بدست آمد. در لحیم‌هایی که از فلز پرکننده معمولی استفاده می‌کنند، انجماد همدما ناقص و متعاقب آن انجماد حرارتی مایع باقی‌مانده منجر به ایجاد فازهای شکننده می‌شود که در سراسر ریزساختار توزیع می‌شوند. عدم استفاده از ترکیبات پایین آورنده نقطه ذوب در پرکننده با هدف اتصال سوپر آلیاژ پایه نیکل، گامی مهم در کاهش فرایندهای بعدی لحیم‌کاری تلقی می‌شود.

در این پژوهش به بررسی پارامترهای دما و زمان بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس فولاد PH4-17 و آلیاژ Ti-6Al-4V با فلزپرکننده BNi-2 و به روش لحیمکاری سخت پرداخته می‌شود. ریزساختار اتصال با میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی و خواص مکانیکی اتصال نیز با تست کشش - برش و میکروسختی مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. مشاهده می‌شود که در دمای ثابت C°1050، افزایش زمان از 15 به 30 دقیقه باعث کاهش استحکام برشی از 66/34 به 39/29 مگاپاسکال می‌شود. وجود ترکیبات ترد بین فلزی مانند  NiTi2 و FeTi2، باعث شکست ترد و کاهش استحکام می‌شوند. در زمان ثابت 15 دقیقه، افزایش دما باعث می‌شود که استحکام از 66/34 به 46/38 مگاپاسکال افزایش یابد. همچنین افزایش دما– زمان باعث افزایش پهنای ISZ تشکیل شده در اتصالات در سمت فلزپرکننده Ti-6Al-4V از 40/41 به 48/81 میکرون می‌شود. افزایش دما– زمان همچنین موجب نفوذ بیشتر بور به فصل مشترک فولاد– فلزپرکننده شده که ترکیبات بورایدی مختلفی را تشکیل می‌دهد و باعث عریض‌تر شدن این ناحیه می‌شود.

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.