مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

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 پژوهش حاضر بررسی تأثیر پارامترهای جوشکاری پرتو الکترونی بر ریز­ساختار و خواص  مکانیکی اتصال فولاد زنگ­نزن رسوب سخت شونده 17-4PH و آلیاژ Ti-6Al-4V می­باشد. برای این منظور، جوشکاری این دو آلیاژ بدون لایه واسط و با لایه میانی مس با ضخامت­ 8/0 میلی­متر انجام شد. دو سرعت جوشکاری مختلف 7/0 و 9/0 متر بر دقیقه با چهار میزان انحراف پرتو (0، 2/0، 4/0 و 6/0 میلی­متر) از مرکز لایه میانی به سمت فولاد برای انجام آزمایشات استفاده شد. نتایج نشان می دهد که در امتزاج مستقیم تیتانیوم و فولاد، ساختار اتصال متشکل از ترکیبات بین فلزی TiFeو TiFe₂ +TiCr₂ با سختی بالا (در حدود  900 ویکرز) می باشد. در اتصال تیتانیوم و فولاد با استفاده از لایه میانی مس، ساختار اتصال در حوضچه جوش و سطح مشترک حوضچه جوش و فولاد  شامل  محلول جامد مس و ترکیبات بین فلزی TiFe₂ و در سطح مشترک حوضچه جوش و تیتانیوم شامل Ti+ Ti₂Cu، TiFe می باشد. سختی منطقه جوش در نمونه های جوشکاری شده با لایه میانی مس در حدود 400 ویکرز می باشد. بیشترین میزان سختی در سطح مشترک حوضچه جوش و آلیاژ تیتانیوم و همچنین در سطح مشترک حوضچه جوش و فولاد مشاهده می شود که به سبب حضور ترکیبات بین فلزی با سختی بالا در این مناطق می باشد. با افزایش سرعت جوشکاری و میزان انحراف پرتو، سختی کاهش می یابد که به دلیل کاهش ترکیبات بین فلزی ترد و شکننده در ساختار اتصال می باشد. نمونه جوشکاری شده با سرعت جوشکاری 9/0 متر بردقیقه و میزان انحراف پرتو 6/0 میلیمتر دارای بیشترین استحکام برشی معادل 160 مگاپاسکال بود.
 

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.

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.