نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران

اتصال غیرمشابه فولاد زنگ‌نزن آستنیتی AISI316L به آلیاژ آلومینیوم 5083 به روش اصطکاکی اغتشاشی و بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی آن

محمدرضا برهانی

در این پژوهش اثر پارامترهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) بر خصوصیات اتصال غیرهمجنس آلیاژهای آلومینیوم 5083 و فولاد زنگ نزن آستنیتی L316، به ضخامت 4 میلی متر بررسی شده است. سرعت پیشروی ابزار در محدوده 16 تا 25 میلی متر بر دقیقه و سرعت چرخش ابزار برابر با سرعت ثابت 250 دور بر دقیقه در نظر گرفته شد. جهت بررسی ریزساختار مناطق مختلف جوش، میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی و جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمون های سختی و کشش انجام شد. نتایج، تشکیل یک منطقه کامپوزیتی متشکل از ذرات تقویت کننده فولادی در زمینه ریزدانه آلومینیوم در منطقه اغتشاشی را نشان داد. در فصل مشترک فولاد و آلیاژ آلومینیوم، یک لایه ترکیب بین فلزی ناپیوسته به ضخامت حدود 2 میکرومتر مشاهده شد؛ همچنین با انتخاب سرعت چرخش 250 دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 16 میلی متر بر دقیقه، استحکام کششی برابر با 298 مگاپاسکال و انعطاف 26 درصد (93 درصد استحکام کششی و 50 درصد انعطاف پذیری آلیاژ آلومینیوم) به دست آمد.

بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرمشابه به روش جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی فولاد AISI 430 به فولاد خودرویی S500 MC

ابوذر طاهری زاده

در این مطالعه به بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرمشابه جوشکاری نقطه ای مقاومتی فولاد AISI 430 و فولاد S500 MC پرداخته شد. برای انجام این پژوهش از آرایه L9 تاگوچی برای مشخص شدن تعداد نمونه ها و تعیین محدوده متغیرهای هر نمونه استفاده شد و پس از جوشکاری نمونه ها و انجام آزمون کشش برشی، نمونه ای که دارای بیشترین استحکام کشش برشی(13740 نیوتن) و بیشترین مقدار انرژی شکست(102160ژول) بود، به عنوان بهترین نمونه در نظر گرفته شد؛ همچنین متغیرهای این نمونه یعنی جریان جوشکاری 12 کیلووات، زمان جوشکاری 12 سیکل و نیروی الکترود 3 کیلو نیوتن دارای بیشترین مقادیر سیگنال به نویز بودند و این مقادیر جز بهترین محدوده متغیرها در بین متغیرهای پیشنهادی انتخاب شدند. سپس بر روی نمونه جوشکاری شده با متغیرهای فوق، آزمون میکروسختی انجام شد و مطالعات ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شدند. سختی ناحیه جوش حدود 400 ویکرز مشاهده شد و ریزساختار فلزجوش از فریت، مارتنزیت و فریت ویدمن اشتاتن تشکیل شده بود.

اثر عملیات حرارتی فراپیرسازی دو مرحله‌ای بر ریزساختار و رفتار خوردگی حفره‌ای ناحیه جوش فولاد زنگ‌نزن17-4PH

خلیل رنجبر

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر عملیات حرارتی فرا پیرسازی دو مرحله ای بر ریزساختار و رفتار خوردگی حفره ای ناحیه اتصال فولاد زنگ نزن 17-4PH می باشد. بدین منظور این فولاد پیش از جوشکاری تحت عملیات حرارتی آنیل انحلالی در دمای 1035 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت قرار گرفت. سپس جوشکاری قوس تنگستن-گاز (GTAW) به وسیله فلزپرکننده هم جنس ER630 انجام شد. پس از آن، بخشی از قطعه جوشکاری شده، تحت عملیات حرارتی فراپیرسازی دو مرحله ای قرار گرفت. ریزساختار و مقاومت به خوردگی ناحیه جوش، پس از عملیات فراپیرسازی دو مرحله ای، مورد بررسی و آزمون قرار گرفت و با رفتار جوش در حالت as-weld مقایسه گردید. بررسی های ریزساختاری نشان داد که فراپیرسازی دو مرحله ای ناحیه جوش منجر به تمپر شدن ریزساختار مارتنزیتی و تشکیل آستنیت برگشتی بیشتر و نیز تشکیل فریت α گردید. کسر حجمی آستنیت موجود در فلزجوش در حالت as-weld از حدود %7 به حدود ۳۰% در حالت فراپیرسازی دو مرحله ای رسید که افزایش بیش از 4 برابری را نشان می دهد. در حالت as-weld پتانسیل حفره دار شدن (EPit) فلزجوش مقدار mv15/18- را نشان داد که در مقایسه با حالت فراپیرسازی دو مرحله ای با پتانسیلmv54/122، کاهش قابل توجه حساسیت به خوردگی حفره ای با انجام فراپیرسازی دو مرحله ای را نشان می دهد. همچنین عملیات حرارتی فراپیرسازی دو مرحله ای نشان داد که اختلاف پتانسیل های خوردگی نواحی مختلف جوش کاهش یافته که موجب کاهش خوردگی گالوانیکی می شود. ارزیابی رفتار مکانیکی توسط آزمون مقاومت به ضربه مشخص کرد که ناحیه جوش در حالت فراپیرسازی دو مرحله ای مقاومت به ضربه بیشتری نسبت به حالتas-weld داشته و افزایش۶۶ درصدی را نشان داد.

تاثیر پارامترهای اتصال نفوذی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی 418 به سوپرآلیاژ اینکونل 738 با استفاده از لایه واسط نیکل

علی خرم

هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای اتصال نفوذی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد مارتنزیتی 418 به سوپرآلیاژ اینکونل 738 با استفاده از لایه واسط نیکل خالص با ضخامت 50 میکرومتر می باشد. آزمایش ها در کوره خلاء در سه دمای 1050،1000 و 1150 درجه سانتی گراد برای مدت زمان 45 ، 60 ، 75 و 90 دقیقه و تحت فشار 5 مگاپاسکال انجام پذیرفت. نتایج نشان می دهد که حفره ها و نواحی بدون پیوند در نمونه هایی که در دمای پایین تر (1000 درجه سانتی گراد) به هم متصل شده اند دیده می شوند. با افزایش دمای اتصال از 1000 درجه سانتی گراد به 1050 درجه سانتی گراد، تمام ناپیوستگی های میکرو از بین رفته اند که نشان می دهد تغییر شکل میکروپلاستیک زبری ها بهبود یافته است. سپس با افزایش دما به 1150 درجه سانتی گراد، نواحی بدون پیوند در اتصال مشاهده می شوند که به علت کاهش فشار اعمالی از سوی فیکسچر بر روی سطوح در تماس به علت افزایش دما می باشد. هنگام استفاده از نیکل خالص به عنوان لایه واسط، در سمت سوپرآلیاژ اینکونل 738 ترکیباتی بین فلزی [γ' [Ni3Al, Ti در فاز زمینه γ تشکیل می شوند در حالی که در سمت فولاد مارتنزیتی418 ترکیبات مخلوط فازی FeNi3 و (γFe,Ni) γ تشکیل می شوند. با توجه به نتایج آنالیز اسکن خطی، شیب و نفوذ عناصر در سوپرآلیاژ اینکونل 738 کمتر از فولاد مارتنزیتی 418 می باشد که نشان دهنده نفوذ کمتر در سوپرآلیاژ اینکونل 738 است. در نمونه جوشکاری شده در دمای1050 درجه سانتی گراد و زمان 90 دقیقه، میزان نفوذ لایه نیکل در فولاد مارتنزیتی 418 برابر 40 میکرومتر و در سوپرآلیاژ اینکونل 738 برابر 35 میکرومتر می باشد. با مقایسه بیشینه سختی می توان نتیجه گرفت اتصال در شرایط دمای 1050 درجه سانتی گراد و زمان 90 دقیقه از بیشینه سختی کمتری نسبت به دیگر نمونه ها برخوردار است، لذا می توان نتیجه گرفت که از لحاظ ترکیبات بین فلزی از شرایط بهتری نسبت به سایر نمونه ها برخوردار است. بیشترین مقدار استحکام برشی در دمای 1050 درجه سانتی گراد و زمان 90 دقیقه به میزان 270 مگاپاسگال بدست آمد.

تاثیر زمان اتصال بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرمشابه WC-Co/Cu/St52 با روش اتصال‌دهی فاز مایع گذرا

مهدی رفیعی

در این پژوهش اتصال فاز مایع گذرای فولاد ساده کربنیSt52 به سرمت کاربید تنگستن- کبالت با استفاده از لایه میانی مس با ضخامت 50 میکرومتر مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور نمونه هایی در دمای 1100 درجه سانتی گراد و زمان های نگهداری 1، 15، 30 و 45 دقیقه به یکدیگر متصل شدند. ریزساختار اتصالات ایجاد شده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم آنالیز تفکیک انرژی بررسی شد. همچنین برای بررسی اثر اتصال بر تغییرات فازی ناحیه اتصال از آنالیز پراش پرتو ایکس استفاده شد. آزمایش های ریزسختی سنجی و تنش کششی برشی نیز جهت مطالعه خواص مکانیکی روی نمونه ها انجام شدند. بررسی های ریزساختاری نشان داد. سه منطقه مختلف انجمادی هم دما و غیرهم دما و منطقه متأثر از نفوذ سمت ماده پایه WC-Co وجود دارد که ویژگی نمونه ها را تعیین می کنند. منطقه انجماد همدما حاوی محلول جامد غنی از آهن و منطقه انجماد غیرهمدما حاوی فاز محلول جامد غنی از مس بود. در منطقه متأثر از نفوذ سمت سرمت WC-Co در زمان های 1 و 15 دقیقه فاز η ایجاد نگردید در حالی که با افزایش زمان اتصال به 30 و نهایتا 45 دقیقه فاز η در منطقه متأثر از نفوذ سمت سرمت WC-Co تشکیل شد. پروفیل ریز سختی برای تمامی نمونه ها دارای یک روند بود و حداکثر سختی مربوط به سرمت پایه WC-Co به میزان 1100 ویکرز و کمترین سختی مربوط به فلزپایه فولادی و حدود 220 ویکرز بود. همچنین حداکثر استحکام کششی برشی مربوط به نمونه متصل شده در زمان 15 دقیقه و حدود 180 مگاپاسکال بود که به دلیل افزایش در کسر حجمی محلول جامد غنی از آهن و همچنین پیوستگی ریزساختاری مناسب و وجود مقدار بهینه فاز غنی از مس در ریزساختار بدست آمد.

بهینه‌سازی جوش‌پذیری ابرآلیاژ پایه کبالت هاینس 25 با لیزر فیبری ضربانی

علی اصغر اکبری موسوی

مطالعه حاضر بهینه سازی خواص مکانیکی و ریزساختاری جوشکاری لیزر ابر آلیاژ پایه کبالت هاینس 25 (L-605) را بررسی می کند. تأثیر متغیرهای جوشکاری لیزر مانند قدرت پرتو لیزر، بسامد ضربانی، سرعت جوشکاری و پهنای زمانی ضربان بر خواص مکانیکی و متالورژیکی اتصالات جوش مورد بررسی قرار می گیرد. با بررسی متغیرهای جوشکاری مقادیر G (شیب حرارتی) و R (نرخ انجماد) و همچنین تحت تبرید (G/R) و سرعت سرمایش (G×R) که بر ریزساختار انجماد غالب هستند، محاسبه و همبستگی ساختاری با خواص مکانیکی حاصل از جوش بررسی می گردد. در این تحقیق بدست آوردن متغیرهای جوشکاری برای ایجاد درصد بالایی از ساختار به صورت دندریت هم محور مد نظر می باشد. بررسی ریزساختاری رشد دانه همپایی و ساختارهای دندریتی در ناحیه جوش را نشان می دهد. سرعت انجماد بالا در حوضچه جوش سبب انجماد دندریتی شد که از دندریت های ستونی دیواره های جوش شروع می شود و به دندریت های هم محور در مرکز جوش منتهی می شود. مقدار ریزسختی در ناحیه جوش برابر 328 ویکرز می باشد که به سختی ماده اصلی بسیار نزدیک است. استحکام کششی نمونه های جوش به حدود %93 و%94 استحکام کشش فلزپایه می رسد. بررسی آزمون کشش نمونه های جوش حاکی از شکست نرم-ترد است. با بررسی میکروسکوپی الکترونی روبشی وجود فرورفتگی ها، شکاف بین دانه ای و ریز حفره ها در ناحیه شکست تأیید شد.

بررسی مقاومت به مهاجرت الکترونی آلیاژ لحیم بدون سرب کامپوزیتی حاوی ذرات کبالت

مجتبی موحدی

امروزه با پیشرفت روز افزون تکنولوژی، تقاضا برای کوچک سازی وسایل الکترونیکی بیشتر از پیش مورد نیاز است. قرارگیری اتصالات الکترونیکی جدید در شرایط دمایی خزشی به دلیل نقطه ذوب پایین لحیم ها و همین طور دانسیته جریان بالا چالش هایی مانند مهاجرت الکترونی و حرارتی به وجود آورده است. لذا اخیراً آلیاژسازی و کامپوزیت سازی جهت بهبود مقاومت به مهاجرت الکترونی اتصالات الکترونیکی به کار گرفته شده است. در این پژوهش سعی بر آن شد با کامپوزیت سازی آلیاژ لحیم بدون سرب SAC0307 با استفاده از میکروذرات کبالت، مقاومت به مهاجرت الکترونی بهبود یابد. حضور کبالت در ترکیب بین فلزی فصل مشترکی باعث پایداری بیشتر ترکیب بین فلزی فصل مشترکی و جلوگیری از کاهش ضخامت ترکیب بین فلزی فصل مشترکی در طی زمان آزمون مهاجرت الکترونی می شود؛ درنتیجه پایداری و برقراری اتصال الکترونیکی نمونه لحیم کاری شده با آلیاژ لحیم کامپوزیتی بیشتر از آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی است. از طرفی دیگر، به دلیل ساختار ریزدانه و افزایش چگالی مرزدانه ها در آلیاژ لحیم کامپوزیتی، مکانیزم نفوذ شبکه ای در آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی به مکانیزم نفوذ مرزدانه تغییر یافته است؛ در نتیجه به دلیل مصرف اتم های مس شارش یافته از سمت کاتد به آند توسط ترکیبات بین فلزی موجود در مرزدانه ها، در آلیاژ لحیم کامپوزیتی طی زمان آزمون مهاجرت الکترونی غیریکنواختی ریزساختاری مشاهده شد.

امکان‌سنجی و مشخصه‌یابی جایگزینی روش ساخت افزایشی قوس و سیم مبتنی بر جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ برای ساخت پل و سازه‌های فلزی: رویکرد الگوریتم‌های هوش مصنوعی

محمد یوسفیه

نیاز گسترده و روزافزون جامعه به ساختمان و سازه، ضرورت استفاده از روش های ساخت جدید به منظور افزایش سرعت ساخت، سبک سازی، افزایش عمر مفید و نیز مقاوم نمودن ساختمان ها در برابر زلزله را بیش از پیش مطرح ساخته است. روش های جدید، در دراز مدت موجب بهینه سازی سازه، افزایش ساخت و رسیدن به شرایط اجرایی مطلوب خواهد شد. نیاز روز افزون جوامع بشری به سازه های خاص توسط فناوری جدید بیشتر از پیش احساس می شود. ساخت افزایشی برپایه جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ به عنوان یکی از روش های ساخت سریع و کم هزینه برای سازه های اولیه فلزی است. بدین منظور سه پارامتر ولتاژ، سرعت تغذیه سیم و سرعت جوشکاری به عنوان پارامترهای تأثیرگذار بر عرض و ارتفاع گرده جوش به عنوان پارامترهای خروجی در نظر گرفته شده اند. برای بررسی اثرات فرایند، 16 آزمایش با پارامتر ورودی مورد ارزیابی قرار گرفت. با انجام آزمایش های تجربی نتایج عرض و ارتفاع گرده جوش تعیین شد. سپس هندسه جوش حاصله به سه روش مدل سازی عددی که شامل ماشین یادگیری شدید، ماشین بردار ارتباط و منطق فازی مدل سازی شده است. مقایسه بین داده های تجربی و خروجی سه مدل ایجادی نشان می دهد که نزدیک ترین نتایج به داده های تجربی هندسه جوش از روش های مدل سازی، منطق فازی دارا بوده است. به گونه ای که داده های آزمون مدل فازی ایجادی، خطای میانگین برای ارتفاع و عرض به ترتیب 667/0 و 5477/0 و جذر میانگین مربعات برای ارتفاع و عرض 0046/0 و 3/0 بدست آورده که بیان کننده قابلیت تعمیم و اطمینان بالا نسبت به دیگر روش مدل سازی در این فرایند است. در نهایت نمونه فلزی سازه خاص مبتنی برساخت افزایشی قوس و سیم برپایه جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ تولید شد.

ارزیابی اتصال غیرهمجنس آلومینا به مس با فلز پرکننده فعال Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr به روش لحیم کاری سخت القایی

قاسم عظیمی رویین

اتصال غیرهمجنس آلومینا به مس با فلزات پرکننده فعال Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr با استفاده از فرایند لحیم-کاری سخت القایی بترتیب در دماهای 840 و 860 درجه سانتی گراد به مدت 15 دقیقه انجام شدند. ریزساختار اتصالات با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. برای ارزیابی خواص مکانیکی از آزمون ریزسختی ویکرز و آزمون استحکام کشش برشی استفاده شد. بررسی های ریزساختاری نشان داد که اتصال Al2O3/Cu با استفاده از پرکننده های Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr منجر به تشکیل یک لایه واکنشی در فصل مشترک آلومینا و فلز پرکننده می شود. در لایه ی واکنشی اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn، دو فاز TiO و Cu3Ti3O و در اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr دو فاز TiO و ZrO2 مشاهده شد. نتایج آزمون استحکام برشی نشان داد که به دلیل ضخامت بیشتر فلز پرکننده و ضخامت کمتر لایه واکنشی، اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr استحکام برشی (14MPa) بالاتری نسبت به اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn (9MPa) دارد.

بررسی فصل مشترک اتصال انفجاری فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 321 - آلومینیوم 1050 - آلومینیوم 5083 پس از عملیات حرارتی

غلامرضا خلج

در این پژوهش ریزساختار فصل مشترک اتصال جوشکاری انفجاری سه لایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 321- آلومینیوم 1050 - آلومینیوم 5083 با دو فاصله توقف 6 و 75/6 میلی متر، قبل و بعد از عملیات حرارتی بررسی شد. عملیات حرارتی نمونه های جوشکاری شده در دماهای C◦250و 350 برای زمان های1000، 3000 و 10000 ثانیه، انجام شد. بررسی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج نشان داد که در همه شرایط فصل مشترک آلومینیوم 5083- آلومینیوم 1050 به صورت مسطح و با ساختار بدون نقص است. با افزایش فاصله توقف، فصل مشترک فولاد زنگ نزن آستنیتی 321- آلومینیوم 1050 از حالت صاف به حالت موجی تبدیل شده و همچنین متوسط ضخامت لایه فصل مشترک از 95/4 به 7/6 میکرون افزایش می یابد. در حین عملیات حرارتی، ضخامت لایه فصل مشترک متناسب با سینتیک نفوذ افزایش می یابد و در بیشترین مقدار به 56/18 و 02/15 میکرون به ترتیب برای نمونه با فاصله توقف 75/6 و 6 میلی متر می رسد. برای نمونه با فاصله توقف 75/6 و 6 میلی متر مقادیر انرژی محرکه نفوذ به ترتیب 6/46 وkJ/mol 4/42 و مقادیر ثابت نفوذ به ترتیب 2/142و ms-1 3/45 محاسبه شد.