مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

زبری سطح در جوشکاری، از پارامترهای مهم در اتصال فلزات جوش داده شده به روش لیزر است که در جذب پرتوهای لیزر مستقیما اثرگذار است. هنگامی‌که پرتو لیزر به سطح فلزپایه تابیده می‌شود، زبری سطح نقش مهمی در میزان جذب پرتوها و میزان ذوب حاصل شده دارد و مستقیما روی عمق نفوذ جوش نهایی اثر می‌گذارد. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثر زبری ذکر شده در پارامترهای جوشکاری یکسان برای این آلیاژ پرکاربرد آلومینیم است. بررسی‌های ریزساختاری در سه سطح زبری مختلف نمونه انجام شد و نتایج به دست آمده از آنالیز نمونه‌ها توسط میکروسکوپ‌های‌ نوری، نیروی اتمی و الکترونی روبشی نشان داد افزایش میزان زبری سطح تا اندازه 16/0= Ra میکرومتر، باعث افزایش میزان درگیری پرتوها می‌شود. در نتیجه میزان تمرکز بیشتری از پرتوها را خواهیم داشت و ذوب بیشتری در این حالت رخ می‌دهد و عمق نفوذ با صرف انرژی کمتر افزایش می‌یابد.
 

در این پژوهش، کامپوزیت مس-نقره-کاربید سیلیسیم با استفاده از فرایند اصطکاکی هم‌زدنی ساخته شد. ذرات تقویت کننده SiC در ابعاد نانو و میکرو استفاده شدند. به منظور ارزیابی خواص ریزساختاری از آنالیز پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری استفاده شد. ارزیابی خواص مکانیکی از طریق میکروسختی سنجی، آزمایش کشش و از آزمایش پین بر روی دیسک برای ارزیابی رفتار سایشی کامپوزیت استفاده شد. نتایج آنالیز اشعه ایکس حضور دو فاز زمینه محلول جامد CuAg به همراه ذرات SiC را آشکار کرد که نشان‌دهنده تشکیل کامپوزیت Cu-Ag-SiC بود. این موضوع حاکی از کاهش اندازه دانه زمینه CuAg بود. استفاده از فرایند اصطکاکی هم‌زدنی FSP در حضور ذرات تقویت کننده و بدون آن منجر به کاهش اندازه بلورک و میانگین اندازه دانه نسبت به نمونه بدون FSP شد. به طوری‌که اندازه دانه نمونه بدون FSP و نمونه FSP شده بدون ذرات تقویت کننده و با ذرات تقویت کننده نانو به ترتیب در حدود3/46، 2/19 و 6/3 میکرومتر بدست آمد. کاهش اندازه دانه، ریزتر شدن ذرات تقویت کننده کاربید سیلیسیم از میکرو به نانو و افزایش کسرحجمی ذرات تقویت‌کننده بیشترین تاثیرات را بر میزان سختی گذاشتند به نحوی‌که استفاده از ذرات میکرو در کسر حجمی بیشتر، سختی به بالاترین مقدار خود یعنی 123 ویکرز رسید. سایش در نمونه قبل از FSP به علت ماهیت نرم بودن آن از نوع سایش چسبان و بعد از FSP در نمونه بدون ذرات تقویت کننده سایش چسبان کاهش پیدا کرد و در اثر افزودن ذرات تقویت کننده میکرو و نانومتری کاربید سیلیسیم به طور کلی مکانیزم سایش به خراشان تغییر پیدا کرد. به عنوان یک نتیجه کلی می‌توان بیان نمود که استفاده از ذرات تقویت کننده نانومتری کاربید سیلیسیم بوسیله فرایند اصطکاکی هم زدنی منجر به تولید کامپوزیت  Cu-Ag-SiC با خواص مکانیکی بالا می‌شود.

روش‌های ساخت افزودنی شاهد پیشرفت‌های زیادی در سال‌های اخیر بوده است ولی پژوهش کافی برای اتصال این قطعات با آلیاژهای مرسوم انجام نشده است. مطالعه حاضر برای ارزیابی اتصال بین فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 316L و آلیاژ Ti-6242 ساخته شده به روش ذوب پرتوی الکترونی، با استفاده از روش فاز مایع گذرا، انجام شد. اتصال فاز مایع گذرا با استفاده از لایه میانی مس و فراوری در کوره خلاء انجام، و تاثیر زمان فرایند و زبری سطح بر کیفیت اتصال بررسی شد. برای مشخصه‌یابی نمونه‌ها از بررسی‌های ریزساختار نوری و الکترونی روبشی، پراش اشعه ایکس، استحکام برشی و زبری‌سنجی استفاده شد. نتایج نشان داد که با کاهش زبری سطح، استحکام برشی افزایش می‌یابد. همچنین مدت زمان فرایند، تأثیر قابل‌توجهی بر نفوذ عناصر، تشکیل ترکیبات بین‌فلزی مانند FeTi و TiCu و استحکام برشی اتصالات داشت. بالاترین استحکام برشی اتصال برابر با ۲۰۰ مگاپاسکال و در شرایط آماده‌سازی سطح سنباده‌زنی و پولیش شده و اتصال در دما و زمان 980 درجه سانتی‌گراد و 120 دقیقه به دست آمد.

دراین پژوهش، قطعات از جنس آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V با استفاده از فرایند ذوب انتخابی لیزر تولید می‌شوند. همچنین با استفاده از روش طراحی آزمایش‌ها بر مبنای روش پاسخ سطح، اثر پارامترهای توان لیزر، سرعت اسکن لیزر و مقدار همپوشانی لایه‌های مجاور بر زبری سطح قطعات تولید شده مطالعه می‌شود. نتایج نشان می‌دهند زبری سطح قطعات تولید شده توسط روش ذوب انتخابی لیزر، با افزایش توان لیزر ابتدا کاهش پیدا کرده و سپس با افزایش بیشتر توان لیزر افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش سرعت اسکن لیزر، زبری سطح قطعات تولید شده افزایش می‌یابد. به علاوه زبری قطعات تولید شده، با افزایش مقدار همپوشانی لایه‌های مجاور ابتدا کاهش پیدا کرده و سپس افزایش می‌یابد. به منظور دستیابی به قطعاتی با کمترین مقدار زبری سطح، بهینه‌سازی پارامترهای ورودی فرایند انجام شده و مشخص شد که با توان لیزر برابر با 150 وات، سرعت اسکن لیزر برابر با 500 میلیمتر بر ثانیه و مقدار همپوشانی لایه‌های مجاور برابر با  67/8 میکرون می‌توان قطعات از جنس آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V با کمترین مقدار زبری سطح برابر با 1/44 میکرون توسط روش ذوب انتخابی لیزر تولید کرد.

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.