نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران

اثر جریان، سرعت جوشکاری و پیش‌گرم بر عمق نفوذ جوشکاری FB-TIG آلیاژ آلومینیم 5083

علی فرزادی

در تحقیق حاضر اثر سه متغیر جریان، سرعت جوشکاری و دمای پیش گرم در سه سطح مختلف حین جوشکاری FB-TIG آلیاژ آلومینیم 5083 مطالعه شد. با استفاده از روش تاگوچی، 9 آزمون برای بررسی اثر متغیرها بر عمق نفوذ طراحی شد. مطابق با پیش بینی ها، با افزایش جریان و میزان پیش گرم و کاهش سرعت جوشکاری، عمق نفوذ افزایش یافت. بیشترین مقدار عمق نفوذ mm 8/02 بود که در جریان A 220، سرعت mm/min 120 و دمای پیش گرم 100 درجه سانتی گراد به دست آمد. تحلیل تاگوچی اثر بیشتر جریان و دمای پیش گرم نسبت به سرعت جوشکاری را نشان داد. تحلیل میکروسکوپی نشان دهنده ریزدانه شدن فلز جوش و درشت شدن دانه های HAZ در تمامی نمونه ها بود. حفرات بسیاری نیز در نمونه های با سرعت و جریان بالا در منطقه ذوب رویت شد. نمونه جوشکاری شده با بیشترین میزان حرارت ورودی دارای بیشترین عمق نفوذ بود. این نمونه بیشترین درصد ازدیاد طول را داشت که 69 درصد فلز پایه بود. همچنین با آزمون ریزسختی سنجی دریافت شد که سختی این نمونه در HAZ افت شدیدی دارد و از 70 به 58 ویکرز رسید.

تاثیر پارامترهای جوشکاری بر تشکیل عیب هلالی در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیم 1085

فراز امیدبخش

در این مقاله سعی شده است تا تاثیر پارامترهای جوشکاری شامل شکل ابزار، زاویه ابزار، سرعت چرخشی و پیشروی ابزار بر روی تشکیل عیب هلالی مورد بررسی قرار گیرد. به این منظور جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی آلیاژ آلومینیم 1085 توسط ابزارهای استوانه ای، مثلثی و مربعی تحت شرایط مختلف صورت گرفت. مقاطع جوش حاصل توسط روش های رادیوگرافی، متالوگرافی و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تحت شرایط جوشکاری سرعت چرخشی 1120 دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 160 میلی متر بر دقیقه و با زاویه 1 درجه عیب هلالی تشکیل شده واضح تر بوده و به نظر می رسد عامل اصلی تشکیل عیب هلالی مقدار بالای گرمای ورودی به ناحیه جوش در این نمونه باشد که باعث شدید اکسیداسیون آلومینیم شده و تشکیل ذرات اکسیدی را ترغیب نموده است. ذرات اکسیدی حاصل در حین انتقال مواد مابین قسمت پیشرو و پسرو به شکل S توزیع شده و منجر به تشکیل عیب هلالی شده اند.

تأثیر متغیرهای جوشکاری لیزر نقطه ‌ای بر ریز ساختار و خواص مکانیکی اتصال غیر هم‌جنس Ti-6AL-4V به AISI 304

حامد ثابت

در این پژوهش اتصال غیر هم جنس ورق های Ti-6Al-4V و 304AISI به روش جوشکاری لیزر نقطه ای مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ورق های مذکور به ضخامت 7/0 و 5/0 میلی متر با استفاده از لایه واسط مس یا نقره (خالص) به ضخامت 2/0 و 3/0 میلی متر با استفاده از دستگاه جوش لیزر پالسی 400 وات (Nd:YAG) و به روش نقطه جوش های هم مرکز به قطر 4 میلی متر در حالت روی هم جوشکاری شدند و مورد آزمایش و بررسی قرار گرفتند. ابتدا بازرسی چشمی و سپس متالوگرافی نوری صورت گرفت و در صورت عدم وجود ترک آزمون های سختی ویکرز، کشش و بررسی میکروسکپی الکترونی روبشی بر روی نمونه ها انجام شد و نتایج آزمون ها حاکی از آنست که در فلز نقره به عنوان لایه واسط استفاده شده با زمان 3 میلی ثانیه هیچگونه اتصالی ایجاد نشد و جابجایی فلز رویی نیز تاثیری در نتیجه نداشت و بهترین شرایط اتصال در شرایطی است که 304AISI در معرض جوش لیزر باشد با استفاده از لایه واسط از جنس مس، حرارت ورودی 7/10 ژول، قله توان 5/1 کیلووات، فرکانس 15 هرتز و زمان 7 میلی ثانیه بهترین نتیجه بدست آمد و سختی منطقه جوش و استحکام نهایی به ترتیب 504 ویکرز و 160 مگا پاسکال بدست آمد.

تاثیر سرعت پیشروی ابزار بر خواص اتصال آلومینیم به فولاد توسط جوشکاری اصطکاکی همزدنی

سید محمد علی بوترابی

هدف از پژوهش حاضر، ایجاد اتصال غیر هم جنس آلومینیم Al6061 به فولاد St52 توسط فرایند جوشکاری اصطکاکی همزدنی و همچنین بررسی اثر سرعت پیشروی ابزار بر درشت ساختار و خواص مکانیکی اتصال حاصل است. با توجه به اینکه جوشکاری آلومینیم به فولاد توسط روش های ذوبی به دلیل تشکیل ترکیبات بین فلزی بسیار مشکل است از این رو با استفاده از جوشکاری اصطکاکی همزدنی سعی بر آن است که با تعیین و انتخاب پارامتر های بهینه، بتوان به اتصالی با ریزساختار و خواص مکانیکی مطلوب دست یافت. این تحقیق در سه سرعت پیشروی 16، 40 و 85 میلی متر بر دقیقه انجام شد. با توجه به نتایج آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس مشخص شد که لایۀ تشکیل شده در درز اتصال عمدتاً ترکیب بین فلزی است. در سه سرعت پیشروی بالاترین استحکام کششی نهایی در سرعتmm/min 85 به مقدارMPa 200 بدست آمد. با توجه به منحنی تنش کرنش، شکست در دو سرعت 16 و 40 میلی متر بر دقیقه به صورت ترد بوده و در سرعت 85 میلی متر بر دقیقه شکست نرم است. با استفاده از آزمون ریزسختی سنجی، بیشترین سختی در منطقۀ اختلاط آلومیـنیم HV 75 و در سـمت فولاد به فاصله mm 2/0 از درز اتصال HV 315 بدست آمد، که بالاتر از فلزهای پایه (فلز پایۀ آلومینیم به طور میانگین HV 53 و فلز پایۀ فولاد به طور میانگین HV245) است.

اثر تعداد پاس و سرعت جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر خواص مکانیکی خوردگی مس خالص تجاری

مجتبی وکیلی ازغندی

در تحقیق حاضر ورق های مسی با استفاده از روش جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی و با شرایط مختلفی شامل سرعت ها و تعداد پاس های مختلف جوشکاری به هم متصل شدند. نتایج نشان دادند که سختی و استحکام کششی ناحیه متاثر از گرما بعنوان ضعیفترین ناحیه جوش در برخی از نمونه ها تا 30 درصد نسبت به فلز پایه کاهش داشته است. ازطرفی کاهش سرعت دوران، افزایش سرعت جابجایی ابزار و افزایش تعداد پاس جوشکاری سبب ریزدانه سازی و بهبود خواص مکانیکی می شوند. ولی اثر کاهش سرعت دوران و افزایش سرعت جابجایی ابزار بعلت تولید حرارت کمتر مطلوبتر نشان داده شد. بطوریکه ضمن افزایش سختی از 90 به 125 ویکرز در نمونه جوشکاری شده با سرعت دوران 600 دور بر دقیقه و سرعت جابجایی 80 میلیمتر بر دقیقه، میزان افت سختی در نواحی اطراف جوش همین نمونه معادل فقط 5 ویکرز بوده است. همچنین مشخص شد که کاهش در اندازه دانه های ناحیه اغتشاشی، ضمن بهبود خواص مکانیکی منجر به افزایش چگالی لایه روئین، جلوگیری از حمله یون های مخرب کلر و در نتیجه کاهش 50 برابری شدت خوردگی در محیط آب شور دریا می شود.

بررسی تجربی اثر پارامترهای جوشکاری آلتراسونیک بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فلزات غیر مشابه آلومینیوم 1050 و 3105

امیرحسین میثمی

آلیاژهای آلومینیوم Al1050 به ضخامت یک میلیمتر و Al3105 به ضخامت نیم میلیمتر از طریق جوش نقطه ای با کمک ارتعاشات آلتراسونیک (USW) به یکدیگر متصل شدند. برای ایجاد جوش مناسب، یک هورن ارتعاشی (ابزار جوشکاری) متناسب با مبدل و مولد آلتراسونیک، به کمک نرم افزار ANSYS طراحی و ساخته شد. به دلیل سیکل گرمایی و مکانیکی در حینUSW، فرایند نفوذ و اختلاط مکانیکی در ایجاد جوش در فصل مشترک ورق ها دخیل هستند. عنصر آلیاژی Mn موجود درAl3105 درAl1050 نفوذ می کند. رفتار نفوذ در محل قرارگیری ورق Al3105 در زیر یا بالا محل نقطه جوش در حین جوشکاری متفاوت است. حد تحمل جوش مورد بررسی قرار گرفت و پارامتر های توان مبدل، زمان نگهداری هورن و فشار اعمالی در محل نقطه جوش به عنوان متغیرهای جوشکاری در نظر گرفته شدند و نقطه بهینه برای شرایط جوشکاری موجود به دست آمد که بهترین حد تحمل جوش مربوط به توان 750 وات در زمان های 2 و 3 ثانیه نگهداری هورن روی محل همپوشانی ورق ها بود. همچنین در تست کشش، پارگی ورق ها از اطراف محل نقطه جوش (خارج از نقطه جوش) صورت گرفت.

بررسی تأثیر حرارت ورودی بر خواص اتصالات جوش فولاد HSLA-100 ایجاد شده با فرایند SMAW

رضا دهملایی

در این پژوهش تأثیر حرارت ورودی فرایند SMAW بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات جوش فولاد HSLA-100 مورد بررسی قرار گرفت. جوشکاری با سه حرارت ورودی 820/0، 176/1 و 392/1 کیلوژول بر میلی متر با استفاده از الکترود E12018 انجام شد. بررسی های ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپهای نوری و الکترونی روبشی SEM انجام گردید. خواص مکانیکی اتصالات جوش توسط آزمونهای ضربه و ریزسختی سنجی ارزیابی گردید. بررسی های ریزساختاری نشان داد که با افزایش حرارت ورودی میزان فریت سوزنی در فلز جوش کاهش یافت و بر مقدار فریت چندوجهی و شبه چندوجهی افزوده گردیده است. مشخص گردید که با افزایش حرارت ورودی، مقدار بینیت لایه ای در ناحیه HAZ افزایش یافته و مقدار بینیت دانه ای کاهش یافته است. به دلیل کاهش مقدار فریت سوزنی در ریزساختار فلز جوش با افزایش حرارت ورودی، مقدار سختی و انرژی ضربه کاهش یافت. نتایج نشان داد که افزایش حرارت ورودی به دلیل کاهش میزان فریت سوزنی فلز جوش و انحلال رسوبات در ناحیه متاثر از حرارت درشت دانه باعث کاهش سختی در این نواحی گردیده است. مشخص گردید که با افزایش حرارت ورودی به دلیل کاهش میزان فریت سوزنی، انرژی ضربه ای فلز جوش به میزان ۲۹٪ (از ۴۵ ژول در حرارت ورودی 82/0 به ۳۲ ژول در حرارت ورودی 392/1 کیلوژول بر میلی متر) کاهش یافته است. معلوم گردید که در تمام حرارتهای ورودی، انرژی ضربه فلز پایه بیشتر از انرژی ضربه فلز جوش است.

تاثیر دمای اتصال بر ریزساختار و خواص مکانیکی سوپر آلیاژ 939 به روش پیوند فاز مایع گذرا

سید احسان میر صالحی

در این تحقیق به بررسی اثر دمای اتصال بر ریزساختار و خواص مکانیکی سوپر آلیاژ اینکونل 939 به روش پیوند فاز مایع گذرا پرداخته شده است. بدین منظور از لایه میانی از جنس MBF20 با ضخامت50 میکرون و سه دمای °Cم1180،°C م1120 و °C 1060و زمان 45 دقیقه استفاده شده است. به منظور ارزیابی ریزساختار از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم آنالیز عنصری استفاده شده است. همچنین به منظور ارزیابی خواص مکانیکی از روش سختی سنجی ویکرز و آزمایش استحکام برشی استفاده شده است. یافته های پژوهشی نشان داد که با افزایش دما از °Cم1060 به°C م1120 عرض ناحیه انجماد غیرهمدما از µm38 به µm35 کاهش یافته و با افزایش دما در °Cم1180 ناحیه انجماد غیرهمدما به طور کامل حذف شده و ناحیه انجماد همدما جایگزین آن شده است. در ضمن با افزایش دما سختی در مرکز اتصال کاهش و استحکام برشی افزایش یافته است.

ارزیابی خواص ریزساختاری و بررسی رفتار خوردگی فولاد P460NH جوشکاری شده با استفاده از الکترود E8018-G

علیرضا نصر اصفهانی

یکی از کاربردهای فولاد میکرو آلیاژی P460NH استفاده از آن در ساخت مخازن تحت فشار است. برای جوشکاری این فولاد می توان از الکترود روکش دار E8018-G استفاده نمود. در این پژوهش از فرایند جوشکاری دستی با قوس الکتریکی استفاده شد و برای بدست اوردن پارامترهای بهینه جوشکاری، براساس استانداردهای ASME IX، جوشکاری انجام شد. آنگاه با نمونه بردای از مقطع جوش سختی سنجی به روش ویکرز انجام و پروفیل سختی برای نواحی مختلف رسم شد. سپس ریزساختار هر ناحیه بررسی و با نتایج سختی سنجی مقایسه گردید. رفتار خوردگی نواحی مؤثر از حرارت، گرده جوش و فلز پایه به طور جداگانه با استفاده از آزمون پلاریزاسیون تافل در محلول 5/3 درصد NaCl موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد ریزساختار ناحیه جوش دارای بیشترین درصد پرلیت (%62) و فلز پایه دارای بیشترین درصد (%73) فریت است. همچنین ناحیه متأثر از حرارت دارای بیشترین عدد سختی (298) و فلز پایه دارای کمترین مقدار آن (210 ) در معیار ویکرز است. ارزیابی رفتار خوردگی مناطق مختلف نیز نشان داد ناحیه متأثر از حرارت دارای بیشترین پتانسیل خوردگی (651_/0‐ ولت) و کمترین چگالی جریان خوردگی (⁵^‐10 × 75/1 آمپر بر سانتی متر مربع) است. این در حالی است که فلز پایه با کمترین پتانسیل خوردگی (691/0‐ ولت) و بیشترین چگالی جریان خوردگی (⁵^‐10 × 2/1 آمپر بر سانتی متر مربع) نسبت به فلز جوش و ناحیه متأثر از حرارت قرار دارد.

ایجاد قابلیت جوشکاری در پلیمرهای گرماسخت تقویت شده به کمک آماده سازی سطحی با استفاده از پرتو لیزر

داود اکبری

در این مقاله استحکام نمونه های پلیمری گرماسخت تقویت شده جوش کاری شده به روش فراصوتی که با روش آماده سازی سطحی به کمک پرتو لیزرآماده سازی شده اند، بررسی شده است. هدف اصلی بررسی مکانیزم های چسبندگی سطحی بهتراتصال نسبت به سطح ساده و همچنین ایجاد رویکردهای عملی جهت افزایش قدرت چسبندگی اتصال قطعات گرماسخت و استفاده از این فرآیند به عنوان تکنیک مقرون به صرفه است. بنابراین از دو ماده گرمانرم پلی متیل متاکریلات و پلی پروپلین به عنوان مواد واسطه برای ایجاد جوشکاری فراصوتی استفاده شده است.نتایج نشان می دهند که پارامتر نیرو وفشاردر این اتصالات پارامترهای غیر تاثیرگذاربوده است ودر جوش هایی بازمان بالاتر، رزین گرماسخت شروع به تخریب گرمایی کرده است. در تمامی قطعات در زمان جوشکاری، سه پارامتر اصلی فشار، زمان جوشکاری وزمان نگهداری به طور یکسان با مقدار 2 بار، 6/1 ثانیه و ۳ ثانیه انتخاب شدند. نتایج نشان می دهد حداقل استحکام کششی در نمونه های مورد بررسی 1286نیوتن است، که نسبت به حداکثر استحکام کششی نمونه های آماده سازی بدون سطح چندین برابر افزایش یافته است. نتایج این مقاله نشان می دهد که روش آماده سازی سطحی به کمک پرتو لیزر روش موثر در افزایش استحکام چسبندگی قطعات پلیمری گرما سخت می باشد.

مدل‌سازی و پیش‌بینی استحکام شکست قطعات جوشکاری شده با روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای بوسیله الگوریتم بهینه سازی سیستم عصبی- فازی تطبیقی

مهدی صفری

روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای یکی از روش های موثر برای اتصال ورق های فلزی می باشد. تخمین نیروی شکست در قطعات جوشکاری شده از اهمیت بالایی برخوردار بوده و از روش های مختلفی برای یافتن نیروی شکست استفاده می شود. در این مقاله از یک سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی (انفیس) برای تخمین و پیش بینی میزان استحکام قطعات جوشکاری شده استفاده می شود. برای این منظور با انجام یک طراحی آزمایش برای پارامترهای موثر فرآیند شامل شدت جریان جوشکاری، زمان اعمال جریان، زمان خنک شدن و نیروی مکانیکی، نمونه های جوشکاری تهیه شد. ورق مورد استفاده در نمونه ها فولاد کربنی AISI 1060 می باشد. پس از انجام آزمون کشش استحکام نمونه ها بدست آمده و سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی آموزش و یادگیری در سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی پارامترهای بهینه مدل توسعه داده شده بدست آمد. 70 درصد داده های مربوط به استحکام نمونه ها برای آموزش سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی و 30 درصد باقیمانده برای بررسی صحت مدل ایجاد شده(بخش تست) مورد استفاده قرار گرفته است. دقت مدل بدست آمده با استفاده از نمودارهای مختلف و همچنین بر اساس معیارهای آماری جذر میانگین مربعات خطا، میانگین خطای مطلق، ضریب تعیین و درصد میانگین خطای مطلق بررسی شده است. از نتایج بدست آمده مشخص می شود که شبکه انفیس در پیش بینی استحکام شکست قطعات جوشکاری شده توسط فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای بسیار موفق عمل کرده است. در پایان مشاهده می شود که ضریب تعیین و درصد میانگین خطای مطلق برای تخمین استحکام شکست در بخش آموزش به ترتیب برابر با 99/0 و 48/0 درصد و در بخش تست برابر با 95/0 و 2/6 درصد می باشند.

بهینه‌سازی پارامترهای جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی موثر بر چقرمگی در فولاد زنگ‌نزن سوپردوفازی

محمد یوسفیه

در این مقاله به کمک روش تاگوچی، پارامترهای موثر بر چقرمگی فولادهای زنگ نزن سوپردوفازی در جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی بهینه سازی شده است. برای دستیابی به شرایط بهینه به منظور رسیدن به حداکثر چقرمگی، مشخصه کیفی هرچه بیشتر بهتر مورد استفاده قرار گرفت. تحلیل نتایج تاگوچی نشان داد برای رسیدن به شرایط بهینه به منظور دستیابی به حداکثر چقرمگی در قطعات جوش فولاد زنگ نزن سوپردوفازی باید سرعت چرخشی ابزار برابر rpm 500، سرعت جوشکاری برابرmm/min 60، فشار اولیه برابر MPa 70 و زاویه ابزار با قطعه کار برابر 3 درجه باشد. در شرایط بهینه، چقرمگی حاصل از آزمایش J 61 به دست آمد که با تقریب خوبی نزدیک به چقرمگی پیش بینی شده (58J) بود. همچنین آنالیز واریانس بر روی نتایج نسبت سیگنال به نویز (S/N) انجام شد. با توجه به نتایج آنالیز واریانس، پارامتر سرعت چرخشی ابزار با درصد تاثیر %64 موثرترین پارامتر بر چقرمگی در جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی فولادهای زنگ نزن سوپردوفازی شناخته شد. از طرفی پارامترهای سرعت جوشکاری (با درصد تاثیر %17)، فشار اولیه (با درصد تاثیر%16) و زاویه ابزار نسبت به قطعه کار (با درصد تاثیر %3) در رتبه های بعدی قرار گرفتند. همچنین بررسی سطح مقطع شکست نمونه ها در آزمایش ضربه اثبات کرد نمونه ای که کمترین چقرمگی را در آزمایش ضربه داشت دارای مورفولوژی از نوع کلیویج و در نتیجه شکست ترد بود. این در حالی بود که مورفولوژی سطح شکست نمونه مورد آزمایش در شرایط بهینه (با دارا بودن بالاترین چقرمگی در این تحقیق= J61) دارای دیمپل های ریز و عمیق به مقدار زیاد بود. وجود دیمپل های ریز و عمیق به مقدار زیاد نشان دهنده شکست نرم و نهایتا رسیدن به بالاترین چقرمگی بود.