نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران

بررسی و تحلیل اثرفلاکس TiO2درجوشکاری قوسی تنگستن-گاز فعال شده سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 738LC

روح اله عشیری

هدف این پژوش بهبود روش بازسازی سوپرآلیاژ اینکونل 738LC در جهت کاهش احتمال بروز ترک ذوب شدگی می باشد. فرایند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز با جریان جوشکاری ۶۰ آمپر روی سوپرآلیاژ اینکونل 738LC انجام شد. از پودر TiO₂ بعنوان فلاکس فعال در این پژوهش استفاده شد، نمونه های جوشکاری شده با فلاکس در ۴ غلظت مورد بررسی قرار گرفتند و ریزساختار با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. مشخص شد غلظت اثر بسزایی در اثرگذاری فلاکس داشته و فلاکس با غلظت 1 گرم بر میلی لیتر بیشترین عمق نفوذ را موجب شده و منجر به %۶۸ افزایش عمق نفوذ جوش در نمونه بهینه شد. فلاکس فعال همچنین به مقدار ٪۶۳ افزایش حجم حوضچه مذاب را در نمونه بهینه ایجاد کرد. عرض ناحیه متأثر از حرارت در اثر فلاکس به مقدار ٪۱۲ کاهش یافت. تصاویر ثبت شده و اندازه گیری های کمّی و کیفی قوس الکتریکی، تمرکز و تنگ شدن ستون قوس پلاسما در حضور فلاکس TiO₂ را به روشنی نشان داد. همچنین در بررسی ریزساختار فلز جوش، پدیده مهار رشد دندریت های ستونی مشاهده شد. مشخص شد، فلاکس TiO₂ با کاهش قطر قوس و همچنین فعال نمودن جریان معکوس مارانگونی، موجب افزایش نفوذ و افزایش حجم حوضچه شده و عرض ناحیه متاثر از حرارت را کاهش داد، افزایش حجم حوضچه تنش انقباضی وارده را افزایش داده و منجر به بروز ترک ذوبی برای نمونه با بیشترین حجم حوضچه شد.

بهینه‌سازی نقشه فرایندی و پیش‌بینی ویژگی‌های تک‌پاس اینکونل 738LC به روش ذوب انتخابی لیزری با رگرسیون و الگوریتم ژنتیک

سید رضا شجاع رضوی

ذوب انتخابی لیزری (SLM) امروزه به عنوانی روشی برای ساخت قطعات بالک و پیچیده صنعتی مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به این که عیوب ساختاری عموما از پارامترهای فرایند ناشی می شوند، ارزیابی بهینه انتخاب پارامترها برای به حداقل رساندن عیوب موضعی مورد توجه بوده است. بنابراین، مدلی برای پیش بینی ویژگی های هندسی تک پاس بهینه بر اساس پارامترهای فرایند اصلی یعنی توان و سرعت روبش لیزر برای جلوگیری از ایجاد نقص در تک پاس های اینکونل 738LC بر روی زیرلایه از جنس اینکونل 738 ریختگری ارائه شد. نقشه فرایندی بهینه بر اساس استفاده از روش رگرسیون خطی همراه با الگوریتم بهینه سازی ژنتیک با پارامترهای ترکیبی بهینه (PαVβ) به دست آمد. در نهایت، بر اساس ویژگی های هندسی تک پاس ها، یک منطقه بهینه بر روی نقشه فرایندی مشخص شد. در توان 325W و سرعت روبش لیزر 800mm/s با توجه به کاهش نسبت G/R، ریزساختار از ناحیه اتصال به زیرلایه تا بالای تک پاس، از دندریتی ستونی به دندریتی هم محور تغییر کرده است.

مهندسی ریزساختار فصل مشترک جوش مقاوم به ترک و خوردگی حین ترمیم سطحی چدن خاکستری با استفاده از جوشکاری IP-GMAW

حبیب حامدزرگری

جوشکاری یکی از روش های تعمیر سطحی چدن ها می باشد. در این پژوهش تعمیر سطحی چدن خاکستری نخستین بار توسط روش جوشکاری قوس-فلز با سیم جوش ER70S-6 تحت جریان اینترپالسی، حرارت ورودی 393J/mm و رقت 17 درصد انجام شده است. همچنین جهت مقایسه نتایج، دو مورد نمونه با الکترود روپوش دار ENi-CI و E6013 جوشکاری شد. مطالعات ریزساختاری نشان داد که ریزساختار فصل مشترک نمونه از مارتنزیت با تیغه های ظریف و بینیت بالایی تشکیل شده است. علی رغم وجود فاز کاربید آهن (Fe₃C) در کنار آهن آلفا (α-Fe) در ناحیه فصل مشترک، تشکیل ناحیه اختلاط ناقص با تیغه های بینیتی در زمینه فریتی منجر به افزایش چقرمگی و مانع از تشکیل ترک شده است. سختی نمونه ER70S-6 مشابه با نمونه E6013 در فصل مشترک در حدود 809 ویکرز به‎دست آمد که از سختی نمونه ENi-CI، 334 ویکرز بیشتر می باشد. نتایج آزمون های پتانسیل مدار باز و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشان دادند که نمونه ER70-CI با پتانسیل و جریان خوردگی 653mV- و 6/8μA/cm² نسبت به نمونه ENi-CI (622mV- و 8/9μA/cm²) مقاومت پلاریزاسیون بالایی داشته و در برابر خوردگی گالوانیک مقاوم تر است.

بررسی تأثیر متغیرهای انفجاری بر فصل مشترک، خواص مکانیکی و رفتار خوردگی اتصال غیرهمجنس فسفر برنز و فولاد St37 با استفاده از فرایند جوشکاری انفجاری

سید علی اصغر اکبری موسوی

در این پژوهش به بررسی متالورژیکی و مکانیکی فصل مشترک حاصل از جوشکاری انفجاری فسفر برنز 8-92 به فولاد ساده کربنی 37St پرداخته شد. اثر متغیرهای جوشکاری انفجاری نظیر مقدار بار انفجاری و فاصله توقف بر شکل و ریزساختار فصل مشترک، خواص مکانیکی و رفتار خوردگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش فاصله توقف و مقدار بار انفجاری، سرعت و زاویه برخورد افزایش یافت و این پدیده منجر به تبدیل فصل مشترک از حالت صاف به موجی شده و مناطق ذوب و جدا شده حاصل گشت. نتایج به دست آمده از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که با افزایش فاصله توقف و مقدار بار انفجاری و به تبع آن افزایش سرعت برخورد، طول و ارتفاع امواج ایجاد شده در فصل مشترک افزایش یافت. آنالیز طیف سنجی تفکیک انرژی پرتو ایکس (EDS) و پراش پرتو ایکس (XRD) نشان داد که هیچ ترکیب بین فلزی در فصل مشترک اتصال حاصل نشد. همچنین نتایج حاصل از آزمون ریزسختی سنجی بیان کرد که به دلیل تغییر شکل پلاستیک و کارسختی ایجاد شده حاصل از برخورد شدید صفحات پایه و پرنده، سختی در اطراف فصل مشترک اتصال تا 25 درصد افزایش یافت. با انجام آزمون استحکام برشی مشخص شد که در تمام نمونه ها، شکست در لایه فسفر برنزی اتفاق افتاده و هیچ شکستی به دلیل جدایش نمونه ها از فصل مشترک رخ نداد. با انجام آزمون کشش مشخص شد که استحکام نهایی کششی با افزایش فاصله توقف و بار انفجاری از 430 به 488 مگاپاسکال رسید. آزمون های خوردگی پولاریزاسیون و طیف نگاری امپدانس (EIS) نشان داد که با افزایش انرژی برخورد، پتانسیل خوردگی کاهش و چگالی جریان خوردگی به طور چشمگیری از 5.5 به 13.2 میکرو آمپر بر سانتی متر مربع افزایش یافت.

مطالعه تجربی و مقایسه قطعات مسی اکستروژن و پرینت سه‌بعدی در ساخت کویل‌های سخت‌کاری القائی

مهدی صفری

کویل های مسی یکی از قسمت های مهم دستگاه عملیات سخت کاری القائی می باشند. فرایند ساخت سنتی این کویل ها با استفاده از سطح مقطع های مسی اکسترود شده می باشد. در این پژوهش به بررسی تجربی تولید سطح مقطع مسی به روش پرینت سه بعدی پرداخته شد. دو نمونه از جنس مس با سطح مقطع مربع توخالی تولید شده به روش اکستروژن و پرینت سه بعدی، با هدف ساخت کویل های عملیات سخت کاری القائی مورد بررسی قرار گرفتند. آزمون های چگالی، هدایت الکتریکی، سختی و زبری سطح بر طبق استانداردهای مربوطه انجام گرفت. نتایج کمی نمونه های اکسترود شده و پرینت سه بعدی به ترتیب، چگالی %۹۹ و%93 درصد چگالی تئوری مس، هدایت ا لکتریکی% 100/8 و%99/1 نسبت به استاندارد مس آنیلشده، سختی50 و59 برینل و زبری متوسط سطح (Ra) 0/324-0/533 و 13/194-11/949 می باشند. نتایج نشان داد که نمونه اکسترود شده دارای چگالی بالاتر، هدایت الکتریکی بهتر و سطح صاف تر است، در حالی که نمونه پرینت سه بعدی با سختی بالاتر، چگالی کمتر و زبری سطح بیشتر همراه است. این یافته ها نشان می دهد از روش پرینت سه بعدی فلزی برای ساخت کویل های سخت کاری القائی می توان استفاده کرد.

رویکردی نوین برای افزایش عملکرد اتصالات آلیاژ آلومینیوم سری 1100 ایجاد شده توسط جوشکاری همزن اصطکاکی (FSW)

قاسم عظیمی رویین

در این پژوهش، تأثیر اعمال پاس اضافی توسط ابزار بدون پین بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال لب به لب آلومینیوم 1100 تولیدشده به روش جوشکاری همزن اصطکاکی بررسی شد. ارزیابی ریزساختار با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و خواص مکانیکی با آزمون کشش و ریزسختی ویکرز انجام گرفت. نتایج نشان داد که اعمال پاس اضافی موجب ریزدانه شدن ساختار و کاهش اندازه دانه ها تا حدود 1 میکرومتر در ناحیه همزده می شود. همچنین، مقدار ریزسختی در ناحیه همزده بالایی از حدود 30 به 55 ویکرز افزایش یافت. آزمون کشش نیز بهبود خواص مکانیکی را نشان داد؛ به طوریکه استحکام کششی نهایی از 86 به 101 مگاپاسکال افزایش یافت که معادل بهبود حدود 17 درصدی است. این بهبود به ریزدانه شدن ساختار و افزایش تعداد مرزدانه ها نسبت داده می شود.

بررسی ریزساختار، رفتار انجمادی و خواص مکانیکی فولاد زنگ‌نزن L316 تولید شده توسط فرایند ساخت افزایشی قوس سیمی

سعید شبستری

فرایند ساخت افزایشی قوسی سیمی (WAAM) به عنوان یکی از روش های کارآمد تولید قطعات فولاد زنگ نزن آستنیتی با ابعاد بزرگ، به دلیل نرخ رسوب بالا و هزینه نسبتاً پایین مورد توجه قرار گرفته است؛ با این حال، گرادیان های حرارتی شدید و چرخه های حرارتی تکرارشونده در این فرایند می توانند منجر به ناهمگنی ریزساختاری و ناهمسانگردی خواص مکانیکی شوند. در پژوهش حاضر، دیواره هایی از فولاد زنگ نزن 316L به روش WAAM و با کنترل پارامترهای اصلی فرایند شامل جریان و ولتاژ، سرعت پیشروی مشعل و نرخ تغذیه سیم جوش تولید گردید. در این پژوهش، رفتار انجمادی، تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن 316L تولیدشده به روش ساخت افزایشی قوسی سیمی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ریزساختاری نشان داد که ساختار نهایی شامل زمینه γ-آستنیتی به همراه حدود 8/5 درصد δ-فریت است. آزمایش کشش بیانگر دستیابی همزمان به استحکام و شکل پذیری بالا بود. نمونه های استخراج شده در جهت عمود بر راستای ساخت دارای استحکام کششی نهایی حدود 569 مگاپاسکال، استحکام تسلیم 378 مگاپاسکال و ازدیاد طول نسبی تقریبی 69 درصد بودند. میزان ناهمسانگردی مکانیکی حدود 7/5 درصد برآورد شد که به رشد جهت دار دانه های ستونی نسبت داده می شود. شکل پذیری بالاتر نسبت به فولادهای ریختگی متعارف به حضور زمینه کاملاً آستنیتی، مقدار کنترل شده δ-فریت، ریزساختار دندریتی اصلاح شده و اثر بازپخت موضعی ناشی از رسوب لایه های متوالی مرتبط می گردد. اندازه گیری ریزسختی در امتداد ارتفاع ساخت، کاهش تدریجی سختی را با افزایش فاصله از زیرلایه نشان داد که ناشی از درشت شدن دانه ها در اثر تجمع حرارت و کاهش نرخ سرمایش در لایه های بالاتر است. در مجموع، نتایج این تحقیق نشان می دهد که فرایند WAAM قابلیت تولید فولاد زنگ نزن 316L با ترکیبی متعادل از استحکام و شکل پذیری بالا را داراست، مشروط بر آن که کنترل مناسبی بر رفتار انجمادی و تاریخچه حرارتی اعمال شود. یافته های این پژوهش می تواند به عنوان مبنایی برای بهینه سازی ریزساختار و کاهش ناهمسانگردی در کاربردهای صنعتی ساخت افزایشی مورد استفاده قرار گیرد.

مقایسه خواص مکانیکی و ریزساختاری قطعات جوشکاری شده با آلیاژهای غیرمشابه AA5052-AA3105 به روش اصطکاکی اغتشاشی و تیگ

حمیدرضا رضایی آشتیانی

اتصال ورق های آلومینیومی غیرهمنام به دلیل تفاوت در خواص فیزیکی، مکانیکی و متالورژیکی، از موضوعات مهم در بهینه سازی اتصالات صنعتی به شمار می رود. در این پژوهش، رفتار مکانیکی و تغییرات ریزساختاری اتصالات دوجنسی حاصل از آلیاژهای AA5052 و AA3105 که به دو روش جوشکاری تیگ (TIG) و اصطکاکی-اغتشاشی (FSW)به یکدیگر متصل شده اند، مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. ابتدا آزمون های اولیه جهت بهینه سازی پارامترهای فرایند جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی و جوشکاری تیگ و همچنین انتخاب مناسب سطوح پارامترهای فرایندی انجام شد. بررسی نتایج آزمون های مکانیکی نشان داد که در نمونه های جوشکاری شده به روش FSW شکست عمدتاً در ناحیه جوش رخ داده است، اما در نمونه های جوشکاری شده به روش تیگ شکست در فلز پایه اتفاق افتاده است. نتایج تست های کشش نشان داد نمونه AA5052 بالاترین استحکام کششی (۲۷۳ مگاپاسکال) و بالاترین درصد ازدیاد طول (%۲۰) را داراست، و نمونه جوشکاری شده آلیاژها به روش اصطکاکی-اغتشاشی(F 3-5) با داشتن استحکام 89 مگاپاسکال و %6 ازدیاد طول عملکرد ضعیف تری نسبت به نمونه جوشکاری شده آلیاژها به روش تیگ (T 3-5) از خود نشان داده است و در ناحیه جوش شکست خورده اند. نتایج آزمون ریزسختی نشان داد نمونه جوشکاری شده به روش TIG به دلیل استفاده از فیلر 5356 ER دارای سختی بالاتری در ناحیه جوش نسبت به روش FSW است. نهایتاً با تحلیل و مقایسه نتایج بدست آمده از آزمون های مربوط به خواص مکانیکی به دست آمده از هر دو روش، مشخص گردید که روش TIG در اتصال برخی از آلیاژها عملکرد بهتری نسبت به FSW از خود نشان می دهد.

اثر فشار فورج بر ریزساختار و خواص مکانیکی جوشکاری اصطکاکی دورانی غیرمشابه فولاد زنگ‌نزن 304 به فولادهای ساده کربنی

سید رضا علمی حسینی

در این تحقیق، اثر میزان فشار فورج و درصد کربن بر خواص مکانیکی و ریزساختار جوش اصطکاکی دورانی ناهمسان فولاد زنگ نزن 304 به انواع فولاد ساده کربنی بررسی شد. شفت های فولادی Ck15، Ck30 و Ck45 با فشار فورج 20، 40 و 80 بار به فولاد SS304 جوشکاری شدند. نتایج نشان داد که پارامتر فشار فورج مقدار بهینۀ 40 بار دارد و با کاهش این فشار، سیلان مواد در فصل مشترک کاهش یافته و کیفیت اتصال افت می کند. همچنین، با افزایش فشار فورج بیش از حد بهینه، بیشتر مادۀ ویسکو پلاستیک بیرون زده و اتصال در دمای پایین شکل می گیرد. بررسی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ نوری و الکترونی انجام گرفت. نتایج نشان داد که ریزساختار مقطع جوش متشکل از دانه های بسیار ریز ناشی از تبلور مجدد دینامیکی است. همچنین در مقطع جوش، یک ناحیۀ فریت پرویوتکتویید تشکیل شده است که با افزایش حرارت ورودی بر ضخامت آن افزوده می شود. همچنین نتایج آزمایش کشش نشان داد که بهینه ترین نمونه با بازدهی 116 درصد و استحکام کششی 715 مگاپاسکال، با جوشکاری اصطکاکی دورانی فولاد Ck30 و SS304 به دست آمده است که پارامترهای آن فشار فورج 40 بار، فشار اصطکاک 40 بار، زمان اصطکاک 5 ثانیه و سرعت دورانی 1500 دور بر دقیقه هستند.

اثر پارامترهای جوشکاری بر جذب انرژی و حالت شکست در جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای فولادهای خودرویی DP و HSLA

روح اله عشیری

در این پژوهش اثر شدت جریان جوشکاری (۹ و ۱۰ کیلوآمپر) و زمان نگه داری (۵ و ۴۰ سیکل) بر میزان جذب انرژی و حالت شکست اتصال ناهمسان دو فولاد DP590 و HSLA440 در فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای بررسی شد. فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای در 4 پالس، زمان های نگه داری 5 و 40 سیکل و جریان جوشکاری 9 و 10 کیلوآمپر انجام شد. به منظور بررسی خواص کششی نمونه ها آزمون کشش با نرخ 1 میلی متر بر دقیقه انجام شد. همچنین بررسی سطح شکست با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. نتایج نشان داد که تغییر جریان از ۹ به ۱۰ کیلوآمپر در زمان نگه داری ۵ سیکل باعث افزایش حدود ۱ کیلونیوتنی بار بیشینه شد، اما در زمان نگه داری ۴۰ سیکل تغییر جریان موجب کاهش حدود ۱٫6 کیلونیوتنی بار بیشینه گردید؛ بنابراین نقش جریان محدود و وابسته به اشباع قطر دکمۀ جوش است. در مقابل، افزایش زمان نگه داری از ۵ به ۴۰ سیکل بیشترین اثر را داشته و جذب انرژی را تا حدود 217 ژول افزایش داد. تحلیل حالت شکست نیز نشان داد که نمونه های دارای زمان نگه داری بیشتر عمدتاً دچار شکست بیرون کشیدگی (PF) شده و انرژی جذب شده بسیار بالاتری نسبت به شکست بین سطحی (IF) داشتند. در مجموع، نتایج نشان می دهد که کنترل سرمایش از طریق افزایش زمان نگه داری، مؤثرترین عامل در افزایش انرژی جذب شده و تغییر حالت شکست در اتصالات DP590/HSLA440 است.

ریزساختار و خواص مکانیکی دیوار نازک SS316L ساخته شده به روش WAAM مبتنی بر IP-GMAW

حبیب حامدزرگری

ساخت افزایشی سیم و قوس (WAAM) یکی از روش های نوین تولید قطعات به کمک فرایند جوشکاری قوسی با گاز محافظ است. در این پژوهش، ساخت دیواره نازک از فولاد زنگ نزن آستنیتی 316L با استفاده از فرایند WAAM مبتنی بر جریان اینترپالسی انجام شده و یک دیواره در ۲۵ لایه و تحت دو استراتژی متفاوت، با الگوی حرکت رفت و برگشتی مشعل، ساخته شد. بر اساس مقادیر کروم معادل و نیکل معادل و با بهره گیری از نمودار شفلر، پیش بینی شد که انجماد ریزساختار در ناحیه آستنیت-فریت (AF) رخ می دهد. همچنین بررسی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و پراش پرتو ایکس، وجود زمینه آستنیتی در کنار دندریت های فریتی (در حدود ۵ درصد) را تأیید کرد. نتایج آزمون کشش نشان داد که نمونه های استخراج شده در جهت عمودی با میانگین استحکام کششی ۴۵۴ مگاپاسکال، نسبت به نمونه های افقی با استحکام کششی ۴۳۶ مگاپاسکال، حدود ۱۲ درصد نرخ کرنش بیشتری دارند. مشاهدات حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی روی فرورفتگی های ریز و درشت سطح شکست نمونه های کششی نشان داد که مکانیزم غالب شکست، از نوع نرم می باشد. سختی دیواره نازک تولیدشده در بازه ۲۰۰ تا ۲۶۵ ویکرز، با میانگین ۲۳۴ ویکرز، اندازه گیری شد.