نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران

مدل سازی نفوذ اتمی و بررسی خواص مکانیکی و ساختاری اتصال TLP آلیاژهای AA2024 به AA6061

حامد ثابت

در این تحقیق، برای اتصال آلیاژهای AA2024 و AA6061 به یکدیگر، سه عنصر (Sn، Zn و Ga) به عنوان عناصر کاندید لایه واسط از نظر عمق نفوذ اتمی در فلزپایه در نظر گرفته شد و در دمای 453 درجه سانتی گراد در زمان های 2 روز، 10 ساعت، 210 دقیقه و 30 ثانیه مورد بررسی مدل سازی نفوذ اتمی قرار گرفت. در نهایت در دمای 453 درجه سانتی گراد و در محیط کوره تحت خلاء¹³^– 10 × 5/7 تور و تحت فرایند فاز مایع گذرا به یکدیگر متصل شدند. اثر تغییر ضخامت لایه واسط بر اتصال دو آلیاژ مذکور با آزمایش های عملی نظیر تصاویر میکروسکوپ نوری و الکترونی، آزمون استحکام کششی در دو حالت بررسی اثر تغییر ضخامت لایه واسط بر استحکام و بررسی تغییر استحکام اتصال با افزایش زمان نگهداری نمونه در کوره، سختی سنجی، نقشه توزیع عناصر و اسکن خطی عناصر در محل اتصال بررسی شده است. با افزایش ضخامت لایه واسط از 20 به 70 میکرومتر، استحکام اتصال کاهش می یابد. حداکثر استحکام برای اتصال فلزات پایه با لایه واسط Sn-5.3Ag-4.6Bi به ضخامت 20 میکرومتر معادل MPa52 به دست آمد.

ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات همجنس و غیرهمجنس فولادهای هواناپذیر و ساده کربنی به روش جوشکاری قوس فلز با گاز محافظ دی اکسید کربن

احسان محمدی زهرانی

در این پژوهش، خواص مکانیکی، ریزساختار، و سختی در اتصال فولاد هواناپذیر به فولاد هواناپذیر (همجنس) و فولاد هواناپذیر به فولاد ساده کربنی (غیرهمجنس) به روش جوشکاری قوس فلز با گاز محافظ دی اکسید کربن مورد ارزیابی قرار گرفت. از ورق فولاد هواناپذیر با نام تجاری Corten A استفاده شد. فرایند جوشکاری شامل کنترل جریان و ولتاژ، نرخ تزریق سیم جوش، نرخ گاز محافظ، سرعت جوشکاری، پیکربندی اتصالات و میکروساختار بود. ارزیابی خواص مکانیکی، ریزساختار، و عیوب منطقه جوش توسط آزمون های کشش، خمش، سختی سنجی، متالوگرافی با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ روبشی گسیل میدانی، و رادیوگرافی انجام شد. نتایج نشان داد که ریزساختار منطقه جوش در اتصالات همجنس و غیرهمجنس شامل فریت مرزدانه ای، فریت سوزنی و فریت ویدمن اشتاتن است. استحکام کششی اتصال همجنس 497 مگاپاسکال و غیرهمجنس 303 مگاپاسکال بود. سختی منطقه جوش در اتصال همجنس 210 ویکرز و در اتصال غیرهمجنس 180 ویکرز بود. درمجموع، اتصال همجنس از نظر ریزساختار، نوع و اندازه عیوب جوش، استحکام و سختی منطقه جوش نسبت به اتصال غیرهمجنس برتری دارد.

اثر نسبت سرعت دورانی ابزار به سرعت خطی و تعداد پاس جوشکاری بر پایداری حرارتی-مکانیکی آلومینیوم تغییر شکل پلاستیک شدید داده شده جوشکاری شده با فرایند اصطکاکی-تلاطمی و پودر هیبریدی آلومینا/گرافیت

مجتبی موحدی

در این پژوهش، پایداری حرارتی-مکانیکی آلومینیوم 1050 که در ابتدا تحت دو پاس فرایند پرس کاری در قالب شیاردار محدودشده قرار گرفت، نسبت به جوشکاری اصطکاکی-تلاطمی با بکارگیری پودر هیبریدی (%50 حجمی پودر میکرومتری گرافیت و %50 حجمی پودر نانومتری α-Al₂O₃) توسط بررسی تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی آن ارزیابی شد. به منظور دستیابی به بیشترین خواص مکانیکی نهایی قطعات جوشکاری شده، متغیرهای متفاوتی از فرایند FSW به کار گرفته شد. انجام فرایند FSW در یک و چند پاس و نیز در نسبت های متفاوت از سرعت دورانی (ω) به سرعت خطی (v)، متغیر های جوشکاری در این پژوهش بودند. همچنین برای ارزیابی اثر پودرها بر خواص مکانیکی کامپوزیت هیبریدی زمینه فلزی، بعضی از ورق های CGP شده بدون پودر جوشکاری شدند. در کنار مشاهدات میکروسکوپ نوری و میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی، آزمون میکروسختی ویکرز و آزمون کشش عرضی برای بررسی خواص مکانیکی مناطق جوش انجام شد. مشخص شد اثرگذاری پودر گرافیت به عنوان ذرات روان کننده در اتصالات به طور قابل توجهی از متغیر های جوشکاری پیروی می کند. به طوری که استفاده از پودر گرافیت در فرایند جوشکاری بیشینه دمای فرایند را تا ℃ 224 کاهش داد، در حالی که در شرایط مشابه جوشکاری و بدون استفاده از پودر هیبریدی، بیشینه دمای فرایند℃ 489 گزارش شد. از این رو پایداری حرارتی-مکانیکی نمونه های تغییر شکل پلاستیک شدید افزایش پیدا کرد، و خواص مکانیکی این ورق ها بهبود قابل توجه ای یافت. با این وجود، این پودر به علت همین ویژگی ذاتی، و به عبارتی تضعیف سیلان ماده، منجر به تخریب خواص مکانیکی ماده نیز شد. علاوه بر این هر دو پودر استفاده شده باعث ایجاد مکانیزم های استحکام بخشی مانند پین کردن مرزدانه ها و جوانه زنی متاثر از ذرات شدند. با این حال این نتیجه حاصل شد که توزیع یکنواخت ذرات، که از طریق افزایش نسبت ω/v فراهم می شود، به طور قابل توجهی باعث بهبود اثر بخشی پودر ها در ریزساختار شده و خواص مکانیکی نهایی را افزایش می دهد. همچنین مشاهده شد جوش سالم تنها با افزایش تعداد پاس جوشکاری، و به دلیل سیلان بهتر ماده و حذف حفرات ایجاد می شود، به طوری که با افزایش استحکام کششی تا MPa 101 بیشترین بازدهی (%80~) با جوشکاری در نسبت r/mm 70 ω/v = در سه پاس بدست آمد.

بررسی ریزساختار و خواص فیزیکی لحیم نانوکامپوزیتی حاوی درصدهای مختلف نانو صفحات گرافن (SAC0307+GNSs)

مجتبی موحدی

با توسعه و پیشرفت صنایع الکترونیکی، اهمیت افزایش بهره وری مدارات الکترونیکی و همچنین حذف سرب از مدارات الکترونیکی بدلایل زیست محیطی، چالش بزرگی در زمینه طراحی و توسعه لحیم های نرم بدون سرب بر پایه قلع و با خواص فیزیکی و مکانیکی نزدیک به آلیاژهای قلع-سرب قدیمی ایجاد گردید. در همین راستا مجموعه آلیاژهای Sn-Ag-Cuبا ترکیب یوتکتیک و ترکیبات نزدیک به آن، به عنوان آلیاژهای پیشنهادی جهت جایگزینی لحیم های Pb-Snمطرح شده اند. به عنوان یک آلیاژ لحیم بدون سرب، نقطه ذوب پایین، قابلیت اطمینان بالای اتصالات و سازگاری با انواع فلاکس ها از جمله خواص این دسته از آلیاژهاست. به جهت بهبود خواص اتصال حاصل از لحیم کاری با این آلیاژها، از فرایند کامپوزیتی کردن با نانو ذرات مختلف استفاده می شود. در این پژوهش، از لحیم نرم با ترکیب Sn0.3Ag0.7Cu تقویت شده با نانوصفحات گرافن با درصد وزنی های مختلف (2/0،م1/0،م05/0و0)، استفاده شد. به جهت مشاهدات ریزساختاری از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی استفاده گردید. آزمون های فیزیکی از جمله اندازه گیری نقطه ذوب، ترشوندگی و مقاومت الکتریکی به جهت بررسی میزان اطمینان به آلیاژ لحیم، انجام شد. براساس نتایج بدست آمده با افزودن نانوصفحات گرافن زاویه ترشوندگی لحیم ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد. این پارامتر در مورد نمونه لحیم حاوی%1/0 نانوصفحات گرافن با %10 کاهش حد بهینه را نشان می دهد. نقطه ذوب آلیاژ لحیم نیز با افزایش درصد نانوصفحات گرافن تغییر قابل توجهی را نشان نداد. علاوه بر این، با افزودن نانوصفحات گرافن، ضخامت ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 موجود در فصل مشترک اتصال بین مس و لحیم، %30 کاهش را در مورد نمونه حاوی %1/0 گرافن نسبت به نمونه بدون گرافن نشان داد.

بررسی ریزساختاری فصل مشترک Ti/3YSZ در اتصال نفوذی NI 105/Ni/Nb/Ti/3YSZ

رضا دهملایی

در این پژوهش اتصال نفوذی سرامیک زیرکونیای پایدار شده با ایتریم اکسید به سوپرآلیاژ نایمونیک 105 با استفاده از لایه میانی چندتایی Ti/Nb/Ni انجام شد. اتصال با استفاده از روش جرقه پلاسمایی در اتمسفر خلاء و در دماها و زمان های مختلف انجام گردید. به منظور بررسی ریزساختار در شرایط مختلف از میکروسکوپ نوری، SEM و FESEM مجهز به EDS استفاده شد. نتایج نشان داد که ناحیه بحرانی اتصال، فصل مشترک Ti/3YSZ بوده و در تمامی شرایط اتصال در فصل مشترک های Ti/Nb، Nb/Ni و Ni/NI 105 برقرار شده است. مشاهدات ریزساختاری نشان داد که در تمامی شرایط دمایی و زمانی اتصال، در فصل مشترک Ti/3YSZ دو ناحیه مجزا شامل Ti₃O و (Zr,Ti)₂O (به دلیل اختلاف در عمق نفوذ عناصر Ti، Zr و O) تشکیل گردیده و با افزایش دما و زمان اتصال ضخامت این نواحی افزایش یافته است. بررسی های ریزساختاری مشخص نمود که اتصال در شرایط دمای^oC 900 و زمان 30 دقیقه فاقد هرگونه ترک و ناپیوستگی بوده و در اثر نفوذ خوب اتم ها، لایه واکنش مناسبی تشکیل شد. نتایج ریزسختی سنجی و آنالیزهای EDS ضعیف بودن لایه واکنشی Ti₃O را نشان داد.

مطالعه روی ریزساختار و خواص‌مکانیکی ناحیه جوش لیزری فولاد 1/7225

سید مسعود برکت

هدف از پژوهش حاضر، بررسی خواص مکانیکی و ریزساختاری فولاد 7225/1 در فرایند جوشکاری لیزری با استفاده از دستگاه لیزر پالسی Nd:YAG و سپس تعیین فاصله کانونی بهینه نسبت به قطعه، در ناحیه جوش است. پس از جوشکاری، مشخصه یابی ریزساختاری، ریزسختی سنجی و آزمون کشش انجام شد. ارزیابی های انجام گرفته نشان داد، فاصله کانونی بهینه برای جوشکاری ورق فولاد 7225/1 با ضخامت یک میلی متر، حدود 9 میلی متر بوده به طوری که کانون در یک میلی متر زیر سطح قطعه قرار دارد. با توجه به تمرکز حرارتی و نرخ سرمایش بالا در جوشکاری لیزری، ریزساختار مارتنزیتی، در نواحی ذوبی و متاثر از حرارت نمونه ها مشاهده شد. در این آلیاژ، میزان سختی فلزپایه HV 10 ± 310 بود که پس از جوشکاری سختی نمونه با فاصله کانونی بهینه در ناحیه متاثر از حرارت به HV 10 ± 625 و در ناحیه ذوبی به HV 5 ± 730 رسیده است. همچنین، نتایج آزمون کشش نشان داد که خواص کششی نمونه با فاصله کانونی بهینه، تقریباً مشابه با فولادپایه بوده و شکست در ناحیه فولاد پایه مشاهده شده است.

بررسی اثر پودر فلاکس های اکسیدی SiO2، MoO3 و CuO بر عمق نفوذ، ریزساختار و میکروسختی جوش GTAW فولاد زنگ نزن رسوب سخت مارتنزیتی 17-4PH

سید هاشم موسوی انیجدان

هدف در این پژوهش به بررسی تاثیر پودرهای اکسیدی SiO₂، MoO₃ و CuO بر عمق نفوذ، ریزساختار و پروفیل سختی جوش GTAW فولاد زنگ نزن رسوب سخت مارتنزیتی 17-4PH پرداخته شده است. نمونه هایی با ابعاد 150× 50 میلی متر با ضخامت 5 میلی متر از ورقی از جنس فولاد 17-4PH توسط پودر های اکسیدی SiO₂، MoO₃ و CuO جوشکاری گردیدند. نتایج حاکی از این بودند که استفاده از پودرهای اکسیدی سبب افزایش عمق نفوذ تا 5/1 برابر در جوش این فولاد در مقایسه با حالت معمولی شده اند. همچنین استفاده از پودر SiO₂ اگرچه باعث افزایش 49/7 میلی متری عمق نفوذ شد، ولی ظاهر جوش مناسبی حاصل نکرد. استفاده از پودر های MoO₃ و CuO نیز باعث افزایش عمق نفوذ تا 3/5 میلی متر گردیدند. در جوش با استفاده از پودر MoO₃ آخال در سرتاسر جوش در کناره ها وجود داشت. ریزساختار جوش در نمونه های مختلف تفاوت چشمگیری نداشته و شامل ساختار دندریتی با فریت دلتا به صورت بین دندریتی بود. پروفیل سختی جوش نمونه ها نشان دهنده نزدیکی مقدار سختی نمونه های جوشکاری شده با استفاده از پودر های اکسیدی با فلزپایه بود.

اثر زبری سطح بر هندسه جوش آلیاژ آلومینیم 10۵0 جوشکاری شده به روش لیزر Nd:YAG پالسی

همام نفاخ موسوی

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. هنگامی که پرتو لیزر به سطح فلزپایه تابیده می شود، زبری سطح نقش مهمی در میزان جذب پرتوها و میزان ذوب حاصل شده دارد و مستقیما روی عمق نفوذ جوش نهایی اثر می گذارد. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثر زبری ذکر شده در پارامترهای جوشکاری یکسان برای این آلیاژ پرکاربرد آلومینیم است. بررسی های ریزساختاری در سه سطح زبری مختلف نمونه انجام شد و نتایج به دست آمده از آنالیز نمونه ها توسط میکروسکوپ های نوری، نیروی اتمی و الکترونی روبشی نشان داد افزایش میزان زبری سطح تا اندازه 16/0= Ra میکرومتر، باعث افزایش میزان درگیری پرتوها می شود. در نتیجه میزان تمرکز بیشتری از پرتوها را خواهیم داشت و ذوب بیشتری در این حالت رخ می دهد و عمق نفوذ با صرف انرژی کمتر افزایش می یابد.

ارزیابی ساختاری و مکانیکی اتصال غیرهم‌جنس SS-316L/IN-625 پیوند داده شده توسط فرایند فاز مایع نافذ گذرا

مسعود مصلایی پور

در پژوهش حاضر، ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس سوپر آلیاژ اینکونل 625 (IN-625) به فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI316L (SS-316L) با استفاده از لایه واسط AWS-BNi3 و فرایند فاز مایع نافذ گذرا (TLP) مورد ارزیابی و شرایط لازم برای ایجاد یک اتصال کارآمد مورد مطالعه و بررسی واقع شد. اتصال دهی TLP در گستره دمایی و زمانی به ترتیب ºC 1050-1150 و min 20-5 و تحت حفاظت گاز محافظ آرگون با خلوص%9995/99 انجام شد. مطالعات ریزساختاری (OM و SEM) و فازی (XRD) آشکار نمود که اتصال دهی در دمای ºC1150 و مدت زمان min 20 موجب تکمیل انجماد همدما و ایجاد فاز گاما (γ) بصورت یکدست در موضع اتصال می شود. سرد نمودن نمونه ها قبل از تکمیل انجماد همدما موجب تشکیل ترکیبات یوتکتیکی غنی از کروم و مولیبدن در موضع مرکزی اتصال می شود. مورفولوژی پیوسته ترکیبات یوتکتیکی موجب افت شدید استحکام برشی نمونه ها شد (کاهش استحکام برشی %50~). نفوذ درهم عناصر آلیاژی بین موضع اتصال و فلزپایه اطراف موجب تشکیل کاربید کروم در IN-625 و ترکیبات بورایدی کروم-مولیبدن در SS-316L گردید که موجب افزایش ریزسختی نواحی مذکور نسبت به فلزپایه و موضع اتصال شد.

بررسی اثر آماده سازی سطح بر روی کیفیت اتصالات چسبی پلیمرهای گرماسخت تقویت شده با الیاف شیشه

داود اکبری

امروزه استفاده از مواد مرکب به دلیل خواص ویژه استحکامی وهمچنین سایر ویژگی های منحصر به فرد در صنایع مختلف افزایش یافته است. یکی از موارد مهم در حین ساخت و مونتاژ این گونه مواد، اتصال آن ها به همدیگر می باشد. در این مقاله اتصال قطعات گرماسخت با آماده سازی سطحی به کمک پرتولیزر مورد بررسی قرار گرفته 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 فرایند به عنوان تکنیک مقرون به صرفه است. کامپوزیت ها از رزین اپوکسی گرما سخت (که بعد از 12 ساعت در دمای محیط سخت می شوند) و از الیاف دو بعدی بافته شده شیشه ساخته و بعد از گرمادهی حجمی با دمای 180تا200درجه سانتی گراد توسط چسب متصل شدند. در این پژوهش سطح همپوشانی قطعه توسط لیزر در الگوهای دایره ای حکاکی شده و قطعات خام به صورت پولیش دستی و سایش مکانیکی آماده شدند. نتایج حاصل نشان می دهند که با بررسی اثر زبری سطح و ضخامت کامپوزیت بر استحکام اتصال، بیشترین مقدار استحکام برشی مربوط به سطح زبر در مقایسه با دیگر روش های آماده سازی است که در نمونه های مزبور، نیروی 450 نیوتن می باشد. آماده سازی سطح مقدار نفوذ چسب در قطعات را افزایش داده و استحکام کششی را گسترش می دهد.

تاثیر فلز پرکننده بر ریزساختار و رفتار خوردگی فولاد AISI 316L جوشکاری شده با استفاده از فرایند GTAW

صادق ورمزیار

در این مطالعه اثر فلزپرکننده بر خواص ریزساختاری و رفتار خوردگی ناحیه جوشکاری فولاد AISI 316L مورد مطالعه قرار گرفته است. جهت انجام عملیات جوشکاری ورق های تهیه شده از فولاد AISI 316L، فرایند جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW) و دو فلزپرکننده ER 316L و ER 312 به کار گرفته شد. ریزساختار به دست آمده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. خواص خوردگی قطعات نیز در محلول NaCl %5/3 و یک سل سه الکترودی انجام شد. آزمون پتانسیل مدار باز و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک بر روی ناحیه اتصال قطعات جوشکاری شده و فلزپایه انجام پذیرفت. مطالعات ریزساختاری نشان دادند که فلزجوش حاصل از هر دو فلزپرکننده ریزساختاری متشکل از دو فاز آستنیت و فریت دارند. براساس اطلاعات به دست آمده از آزمون ریزسختی مشخص شد که فلزجوش حاصل از فلزپرکننده ER 312 سختی بالاتری نسبت به فلزجوش حاصل از فلزپرکننده ER 316L از خود نشان داده است. ارزیابی های خوردگی نیز نشان می دهند که فلزجوش حاصل از دو فلزپرکننده نرخ خوردگی کمتری را با توجه به میزان کروم بیشتر و فریت بالاتر نسبت به فلزپایه دارد. همچنین پایین تر بودن جریان خوردگی فلزجوش ER 312 نسبت به فلزجوش ER 316L به همین دلیل است. در مقابل فلزپایه نسبت به دو فلزجوش حاصل از دو فلزپرکننده نتایج خوردگی حفره ای بهتری را با توجه به آزمون های الکتروشیمیایی و نیز بررسی سطوح با استفاده از میکروسکوپ نوری پس از این آزمایش ها نشان داده است که این نتایج به سبب وجود دو فاز آستنیت و فریت در مجاورت یکدیگر در فلز های جوش و تشدید خوردگی گالوانیکی با توجه به تخلیه فاز آستنیتی از کروم و مولیبدن است.

بررسی تاثیرپذیری نوع پرکننده بر کیفیت جوش فولاد نایترایدینگ DIN 34CrAlNi7 در شرایط نیتروژن دهی شده سطحی با استفاده از روش قوسی تنگستن-گاز

حسین مستعان

در این پژوهش فولاد نایترایدینگ DIN 34CrAlNi7 در دو حالت قبل و بعد از نیتروژن دهی سطحی با فرآیند قوسی تنگستن-گاز، توسط دو نوع پرکننده (L 309ER و 312ER) مورد بررسی قرار گرفتند. هدف از این پژوهش بررسی بهترین شرایط برای جوشکاری، (قبل یا بعد ازنیتروژن دهی) و نیز انتخاب بهترین فلز پرکننده بود. ریزساختار اتصال با استفاده از میکروسکوپ نوری موردبررسی قرار گرفت. همچنین به منظور ارزیابی خواص مکانیکی از آزمایش استحکام کششی استفاده شد. سطوح شکست اتصالات نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) موردمطالعه قرار گرفت. جوشکاری این فولادها با پر کننده L309ER با توجه به نتایج به دست آمده، فقط در حالت قبل از نیتروژن دهی مجاز است. در حالتی که سطوح لبه اتصال نیتروژن دهی شده باشد به علت تغییرات ریز ساختاری در فلز جوش نمی‏ تواند در شرایط سرویس پاسخ قابل قبولی ارائه دهد. اما نتایج نمونه‏ های جوشکاری شده با فلز پرکننده 312ER نشان داد درصورتی که درصد امتزاج فلز پایه به مقدار کمتر از ۳۰ درصد باشد می‏ توان از این نوع پرکننده برای جوشکاری فلزات پایه در هر دو حالت قبل و بعد از نیتروژن دهی استفاده کرد.