نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران

جوشکاری پرتو الکترونی آلیاژ Ti-6Al-4V به فولاد زنگ‌نزن PH4-17 با استفاده از لایه میانی مس

علی خرّم

هدف از پژوهش حاضر بررسی تأثیر پارامترهای جوشکاری پرتو الکترونی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس فولاد زنگ نزن PH4-17 و آلیاژ Ti-6Al-4V می باشد. برای این منظور، جوشکاری این دو آلیاژ با لایه میانی مس با ضخامت 1 میلی متر 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 میلی متر) از مرکز لایه میانی به سمت فولاد برای انجام آزمایش ها استفاده شد. نتایج نشان می د هد که با استفاده از لایه میانی مس با ضخامت1 میلی متر، ترک های ناشی از تشکیل ترکیبات بین فلزی از حوضچه جوش حذف می شوند. در فصل مشترک بین تیتانیوم و حوضچه جوش در انحراف پرتوهای 0 و 0/2 میلی متر، محلول جامد مس و ترکیبات بین فلزی TiCu2 و در انحراف پرتوهای 0/4 و 0/6 میلی متر، محلول جامد مس و ترکیبات بین فلزی TiCu تشکیل می شود. در ناحیه حوضچه جوش در انحراف پرتوهای 0 و 0/2 میلی متر، ترکیبات بین فلزی TiCr2+TiFe2 و در انحراف 0/4 و 0/6 میلی متر، محلول جامد آهن (Fe-α)، محلول جامد مس و ترکیبات بین فلزی TiCu تشکیل می شوند. بیشترین میزان سختی در فصل 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، میزان سختی کاهش می یابد که به دلیل کاهش ترکیبات بین فلزی ترد و شکننده در ساختار اتصال می باشد. با افزایش میزان انحراف پرتو از 0/4 میلی متر به 0/6 میلی متر 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 می یابد. نمونه جوشکاری شده با سرعت جوشکاری 0/9 متر بردقیقه و میزان انحراف پرتو 0/6 میلی متر دارای بیشترین استحکام برشی معادل 250 مگاپاسکال می باشد. شکست در تمامی نمونه ها در فصل مشترک بین حوضچه جوش و آلیاژ تیتانیوم اتفاق می افتاد که نشان می دهد ضعیف ترین ناحیه در اتصال، این فصل مشترک می باشد.

بهینه‌سازی چند منظوره پارامترهای سینماتیکی ابزار در جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی آلیاژ 7075-Al و 6061-Al با RSM

احمد به گزین

بهینه سازی پارامترهای جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی همچون سرعت خطی و دورانی ابزار می تواند در تغییر خواص جوش موثر واقع گردد. در این تحقیق جوشکاری دو ورق از دو آلیاژ آلومینیوم 7075-Al و 6061-Al، به همدیگر بر اساس روابط تئوری و شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفت. شبیه سازی خصوصیات تماس قطعه کار با ابزار با استفاده از الگوریتم های تماسی موجود در نرم افزار Ansys انجام گردید. از مدل المان محدود، سرعت دورانی و خطی ابزار به عنوان متغیرهای طراحی انتخاب و با روش الگوریتم ژنتیک و روش سطح پاسخ، بهینه سازی چند هدفه برای کمترین دمای ابزار و تنش پسماند در قطعه با قطرهای مختلف ابزار اجرا گردید. تحلیل پارامتریک از فرایند جوشکاری اصطکاکی–اغتشاشی با پین رزوه دار و بدون رزوه نشان می دهد که گرمای تولیدی متناسب با سرعت دورانی ابزار بوده و نسبت معکوس با سرعت خطی ابزار دارد. انتخاب ابزاری به قطر 20 میلی متر کمترین تنش پسماند در قطعه را نتیجه می دهد. همچنین با افزایش سرعت حرکت طولی یا خطی ابزار، منحنی های دمایی فشرده تر شده واثر رزوه در ابزار بر روی حرارت تولیدی در حالات با حرارت ورودی کمتر، بیشتر نمایان می شود.

بررسی ریزساختار، سختی و ترکیبات بین‌فلزی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی 1050 Al و مس

محمد رضا خانزاده

در این پژوهش انجام جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 1050 به مس با سرعت متغیر مورد بررسی قرار گرفت. برای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی از سرعت های دورانی 900 و 1200 دور در دقیقه و سرعت پیشروی 36، 63 و 125 میلی متر در دقیقه استفاده شد. جهت بررسی فازها و ریزساختار از آنالیزهای میکروسکوپ الکترون روبشی و آزمون طیف سنجی اشعه ایکس و سختی سنجی استفاده شد. منطقه اغتشاش شامل فازهای Al2Cu3, Al4Cu9, AlCu4, Al2Cu و AlCu بود. نتایج نشان داد که تشکیل فازهای بین فلزی و تغییر شکل شدید پلاستیک در ناحیه جوش باعث افزایش سختی شده است. بالاترین مقدار سختی در ناحیه هم زده 8/97 ویکرز در سرعت چرخش 900 دور در دقیقه و سرعت پیشروی 36 میلی متر در دقیقه حاصل شد.

کنترل ریزساختار و ترک‌های انجمادی در فرایند ساخت افزایشی ذوب لیزری بستر پودر آلیاژهای آلومینیوم استحکام‌بالا

محمود سرکاری خرّمی

فنّاوری های ساخت افزایشی فلزات به عنوان یکی از ارکان مهم انقلاب صنعتی چهارم، رویکردی تحول آفرین در ساخت دیجیتال ارائه می کنند. ذوب لیزری بستر پودر به عنوان یکی از این فناوری ها، توانایی شگرفی در تولید قطعات با هندسه های پیچیده و با عملکرد بالا دارد. در سال های اخیر، ساخت قطعات آلیاژهای آلومینیوم با استفاده از این فناوری بسیار مورد توجه بوده، لیکن تحقق آن با چالش هایی همراه است. ترک انجمادی به عنوان یکی از جدی ترین دلایل ناکامی ساخت افزایشی لیزری آلیاژهای آلومینیوم به ویژه انواع استحکام بالا شناخته می شود. در پژوهش حاضر، سازوکار تشکیل ترک های انجمادی، دلایل تشکیل و عوامل مؤثر بر آن ها مورد بررسی قرار گرفته و از میان راه حل های ارائه شده، واپایش ریزساختار انجمادی و ریزدانه کردن، مؤثرترین روش برای حذف ترک های انجمادی آلیاژهای آلومینیوم استحکام بالا در فرایند ذوب لیزری بستر پودر مطرح می شود. در همین راستا، یکی از راهکارهای ریزدانه سازی و متعاقباً کاهش ترک های انجمادی، افزودن مقدار ناچیز (کمتر از %۱ وزنی) از ذرات جوانه زا به پودر آلیاژی اولیه است. این ذرات با محدودکردن رشد دانه یا مهاجرت مرزدانه و همراه شدن عواملی که به تحت تبرید ترکیبی کمک می کنند، می توانند در کاهش ترک های انجمادی مؤثر باشند. در نهایت، تأثیر افزودنی های مختلف در ریزدانه سازی و سازوکار آن ها در کاهش ترک های انجمادی آلیاژهای آلومینیوم استحکام بالا حین فرایند ذوب لیزری بستر پودر ارائه می شود.

مدل‌سازی تغییرات اندازه دانه منطقه اغتشاشی در آلیاژ آلومینیم 2024 برحسب پارامترهای اجرایی فرایند فرآوری اصطکاکی اغتشاشی

عبدالله لعل پور

فرایند فرآوری اصطکاکی اغتشاشی بر صفحات آلومینیوم آلیاژی 2024 در گستره نسبتا وسیعی از سرعت پیشروی( 25 الی 63 میلی متر بر دقیقه) و سرعت چرخش(315 الی 800 دور بر دقیقه) انجام شد. تغیرات دمایی و اندازه دانه در منطقه اغتشاشی اندازه گیری و تعیین گردید و ارتباط بین اندازه دانه و دمای منطقه اغتشاشی مورد تحلیل و بررسی واقع شد. بررسی های انجام شده آشکار نمود که پارامترهای فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر میزان حرارت ایجاد در منطقه اغتشاشی تاثیر و موجب تغییرات اندازه دانه در این ناحیه مطابق با رابطه زنر- هالومن می شود. بررسی های انجام شده نشان داد که تغییرات اندازه دانه به متغیرهای اجرایی فرایند اصطکاکی اغتشاشی مرتبط می باشد و می توان این وابستگی را به صورت رابطه ریاضی نشان داد. همچنین بررسی های محاسباتی انجام شده نشان داد که نرخ کرنش اعمال شده حین فرایند اصطکاکی اغتشاشی مستقل از متغیرهای اجرایی این فرایند است و میزان آن در کل فرایند ثابت است.

ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس آلومینیم 1050 به فولاد زنگ نزن 316L در جوشکاری همزن اصطکاکی

توحید سعید

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تغییرات سرعت چرخشی و پیشروی ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال در جوشکاری همزن اصطکاکی آلومینیم 1050 و فولاد زنگ نزن L316 است. به همین منظور کیفیت اتصال، ریزساختار، ضخامت و نوع ترکیبات بین فلزی، آزمون سختی و کشش بر روی اتصال مورد بررسی قرار گرفت. انتخاب مناسب پارامترهای جوشکاری باعث به وجود آمدن اتصال با خواص متالورژیکی و مکانیکی مناسب می شود. در این تحقیق، دو سرعت چرخشی rpm 560 و 900 و چهار سرعت پیشروی mm/min60، 80، 100 و 125 به عنوان پارامترهای متغیر انتخاب شدند. ریزساختار از چهار ناحیه فلزپایه، ناحیه متأثر از حرارت، ناحیه تحت تأثیر عملیات ترمومکانیکی و ناحیه همزده تشکیل شد. در تمامی نمونه ها منطقه همزده شامل ریزساختار تبلورمجدد یافته با دانه بندی ریز هم محور بود. با توجه به نتایج آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس مشخص شد که لایه تشکیل شده در فصل مشترک اتصال، ترکیب بین فلزی است. سختی ناحیه همزده در تمامی نمونه ها به دلیل تشکیل دانه های ریز هم محور تبلورمجدد یافته و وجود ذرات فولادی بالاتر از فلز پایه آلومینیم بود. بهترین نمونه از لحاظ خواص مکانیکی، ریزساختاری و کیفیت اتصال در شرایط سرعت چرخشی r‏pm 900 و سرعت پیشروی mm/min 125 به دست آمد که مقدار استحکام برابر 84 مگاپاسکال با بازده %77 بود.

بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ لحیم نرم بدون سرب کامپوزیتی حاوی میکرو ذرات کبالت تولید شده به روش اتصال نورد انباشتی

مجتبی موحدی

روند کوچک سازی و فشرده سازی تجهیزات الکترونیکی و حذف عنصر سرب از آلیاژهای لحیم کاری به دلیل ملاحظات زیست محیطی، چالش بزرگی را در زمینه طراحی و توسعه لحیم های جدید ایجاد کرده است. لذا اخیراً کامپوزیت سازی با بهره گیری از ذرات تقویت کننده به منظور بهبود کارآیی لحیم های 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 درصد های مختلف میکرو ذرات کبالت، به روش اتصال نورد انباشتی ساخته شد؛ سپس به بررسی تأثیر کامپورزیت سازی بر مشخصه های 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 بین فلزی فصل مشترکی با اضافه کردن کبالت از حالت حلزونی به لایه ای تغییر کرده و متوسط ضخامت آن ها حدود 13 تا 71 درصد افزایش یافته است. استحکام برشی لحیم ها 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 به صورت حفرات کشیده شده به شکست ترد به صورت تورقی تبدیل شده است. نتایج نشان داد آلیاژ کامپوزیتی حاوی 2/0 تا 4/0 درصد کبالت بهترین خواص ترشوندگی و استحکام کشش برشی را دارند.

ساخت داربست زمینه پلیمری پلی لاکتیک اسید/ کیتوسان تقویت شده با ذرات اکسید روی به روش ساخت افزایشی/جوشکاری چاپ سه بعدی و بررسی خواص آن‌ها

سید مهدی رفیعائی

در این مقاله داربست های 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 می باشد و تبخیر ناخالصی های 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 پیک های تیز و قدرتمندی در گراف بوجود آمده اند. تصاویر SEM اکسید روی سنتز شده با روش احتراقی نیز نشان داد که اندازه نانو ذرات ZnO دارای اندازه تقریبی 50 نانومتر هستند در حالی که 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 داربست های حاوی ٪۱۰ اکسید روی، ٪۵ کیتوسان و پلی لاکتیک اسید نشان دادند که با رسیدن به شرایط بهینه چاپگر سه بعدی، ذرات ZnO به صورت یکنواخت و مناسبی در زمینه پلیمری PLA/Chitosan پراکنده شده اند.

تاثیر عملیات حرارتی پس از جوشکاری بر ساختار و خواص مکانیکی اتصال انفجاری فولاد آستنیتی 321 - آلومینیوم 1050 - آلومینیم 5083

غلامرضا خلج

در این پژوهش تاثیر عملیات حرارتی پس از جوش بر ریز ساختار و خواص مکانیکی فصل مشترک اتصال جوشکاری انفجاری سه لایه فولاد آستنیتی 321- آلومینیوم 1050 - آلومینیم 5083 بررسی شد. نمونه های جوشکاری شده در دماهای 250 و 350 درجه سانتی گراد برای زمان 10000 ثانیه، عملیات حرارتی شدند. بررسی ساختار و خواص با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، ریزسختی سنجی و استحکام برشی- فشاری انجام شد. نتایج نشان داد که در همه شرایط فصل مشترک آلومینیوم 5083- آلومینیوم 1050 به صورت صاف و با پیوستگی کامل بود؛ اما فصل مشترک فولاد زنگ نزن 321- آلومینیوم 1050 دارای لایه واکنشی با ضخامت متغیر و ناپیوسته بود. در حین عملیات حرارتی، ضخامت لایه فصل مشترک متناسب با سینتیک نفوذ افزایش می یابد و در بیشترین مقدار به 6/18 میکرون می رسد. با افزایش دمای عملیات حرارتی، غلظت میانگین آلومینیم در لایه واکنشی فصل مشترک از 85 درصد تا بیش از 90 درصد افزایش یافته اما غلظت آهن از 10 درصد به کمتر از 5 درصد، کاهش یافته است. همچنین، استحکام برشی- فشاری از 6/94 به 7/56 MPa کاهش می یابد.

بررسی تجربی فرایند پوشش‌دهی با لیزر پودر اینکونل 718 بر روی فولاد H13

مهدی صفری

در پژوهش حاضر به بررسی پوشش دهی پودر اینکونل 718 بر روی زیرلایه فولاد H13 به روش رسوب مستقیم پودر به کمک لیزر فیبری یک کیلو وات پیوسته پرداخته شده است. بنابراین، اثرات پارامترهای فرایند مانند توان لیزر، نرخ تغذیه پودر و سرعت روبش لیزری بر مشخصات هندسی پوشش شامل ارتفاع و عرض پوشش بررسی می شود. به منظور بررسی جامع تر اثر هر یک از پارامترهای ورودی و بر هم کنش آن ها بر ارتفاع و عرض پوشش از روش طراحی آزمایش ها بر مبنای روش سطح پاسخ استفاده شده است. نتایج نشان می دهند پارامترهای سرعت روبش لیزر و نرخ تغذیه پودر به عنوان عوامل مهم اثرگذار بر ارتفاع پوشش هستند به نحوی که با افزایش نرخ تغذیه پودر و کاهش سرعت روبش لیزری ارتفاع پوشش افزایش پیدا می کند. همچنین ثابت می شود که با افزایش توان لیزر و کاهش سرعت روبش لیزر عرض پوشش افزایش می یابد.

جلوگیری از تشکیل ترک با تنظیم مقدار آلومینیم در آلیاژ آنتروپی بالای AlxCoCrFeNi روکش‌دهی شده با فرایند GTAW

توحید سعید

در پژوهش حاضر دو آلیاژ آنتروپی بالای AlCoCrFeNi (Al1) و Al0.7CoCrFeNi (Al0.7) با فرایند جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ آرگون در شدت جریان جوشکاری A 180 و سرعت جوشکاری1/4mm/s بر روی فولاد ساده کربنی روکش دهی شد. برای مطالعه ریزساختار و شناسایی نوع ترک ها هم چنین ترکیب فازی و سختی روکش ها از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترون روبشی نشر میدانی، پراش سنجی اشعه ایکس و ریزسختی سنجی استفاده شد. نتایج نشان داد که روکش Al1 دارای ساختار گلبرگی متشکل از فاز BCC همراه با فاز غنی از Cr بر روی مرزدانه ها است. در آلیاژ Al0.7 با مقدار Al کمتر، فاز غنی از Cr حذف شده و بجای آن فاز جدید با شبکه کریستالی FCC در انواع ویدمن اشتاتن و دندریتی تشکیل می شود. در آلیاژ Al1 هر دو نوع ترک های مرزدانه ای و درون دانه ای ایجاد شده از نوع ترک انجمادی تشخیص داده شدند. هم چنین تنش های حرارتی و ترد بودن فاز BCC به عنوان عوامل افزایش حساسیت به ترک تعیین شد.در آلیاژ Al0.7 ترکیبی از عواملی نظیر کاهش دامنه انجماد، تشکیل فاز FCC در مورفولوژی دندریتی و کاهش سختی در نتیجه کاهش مقدار Al، به عنوان عوامل حذف ترک در آلیاژ شناسایی شد.

بررسی ریزساختار انجمادی سوپرآلیاژ IN625 لایه‌نشانی شده روی IN713LC توسط فرایند رسوب‌نشانی مستقیم لیزری

محمدرضا برهانی

سوپرآلیاژ اینکونل ۷۱۳LC یکی از آلیاژهای پرکاربرد دمای بالا است و به دلیل میزان بالای فاز گاماپرایم ناشی از غلطت Ti و Al بیشتر از یک مقدار بحرانی، این آلیاژ ازجمله آلیاژهای جوش ناپذیر محسوب می شود. یکی از روش های اساسی تعمیرات این سری از سوپرآلیاژها روش های روکش کاری لیزری می باشد؛ در این پژوهش زیرلایه IN713LC با پودر اینکونل 625 توسط سیستم رسوب نشانی مستقیم لیزری بازسازی شد. جهت مشخصه یابی آزمون های میکروسکپی نوری و الکترونی، تخلخل سنجی، و پراش پرتوایکس انجام شد؛ نتایج نشان داد در سرعت های بالای روکش کاری لیزری میزان R (نرخ رشد نوک دندریت) افزایش می یابد، در نتیجه نسبت G/R (مادون انجماد ترکیبی) کاهش می یابد و ساختار به سمت دندریتی هم محور میل می کند. به همین دلیل با افزایش سرعت روبش لیزر از 4 به 6 میلی متر بر ثانیه، ساختار دندریتی هم محور افزایش می یابد. نتایج سختی سنجی حاکی از کاهش سختی تا منطقه فصل مشترک از 430 به 370 ویکرز و نوسانات در حدود 50 ویکرز می باشد. به دلیل سرعت انجماد بالا، میانگین فاصله بین بازوهای ثانویه 8/0 در پایین، 01/1 در میانه و 75/1میکرومتر در بالای نمونه به دست آمد. به دلیل سرعت بالای سردشدن تنها کاربیدها و فاز لاوه تشکیل شده است. همچنین نتایج تخلخل سنجی روکش نشان دهنده تخلخل حداکثر 1/0 درصد است.