مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

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 بین‌فلزی، 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 نمونه‌ها منطقه همزده شامل ریزساختار تبلورمجدد یافته با دانه‌بندی ریز هم‌محور بود. با توجه به نتایج آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس مشخص شد که لایه تشکیل شده در فصل مشترک اتصال، ترکیب بین‌فلزی است. سختی ناحیه همزده در تمامی نمونه‌ها به دلیل تشکیل دانه‌های ریز هم‌محور 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.

 

در این مقاله ما از روش تیگ فعال با استفاده از ارتعاش فراصوت (UV) برای جوشکاری فولادL316 استفاده کردیم. در طی فرآیند جوشکاری الکترود تنگستن و گاز بی اثر فعال (A-TIG) امواج صوتی با شدت بالا توسط یک ژنراتور اولتراسونیک فرکانس بالا با فرکانس کاری بهینه 3/20 کیلوهرتز و دامنه ارتعاش 8 میکرومتر، تولید شده و به حوضچه جوش مذاب که با نانوذرات SiO₂ به عنوان یک شار فعال کننده پوشش دهی شده است، وارد شد. اثر UV و نانوذرات بر هندسه جوش و ریزساختار جوش مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و با فرآیند جوشکاری تیگ معمولی مقایسه شد. نتایج نشان داد که استفاده از نانوپودر در جوشکاری تیگ نه تنها می تواند عمق نفوذ جوش را حدود 5/17 درصد افزایش دهد، بلکه باعث کاهش 28 درصدی عرض مهره جوش (WBW) در مقایسه با جوشکاری تیگ معمولی می شود. این مقادیر در حضور امواج فراصوت به ترتیب به 25 درصد افزایش و 35 درصد کاهش می رسد. علاوه بر این، با افزودن نانومواد به حوضچه مذاب دانه ها ریزتر شد و امواج فراصوت به توزیع یکنواخت این نانوموادها در مذاب کمک کرده و درنهایت منجر به اصلاح ریزساختار جوش شده است.

به منظور بررسی تاثیر پارامترهای سرعت چرخشی و زاویه ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلیاژ AZ91 منیزیم به تیتانیوم خالص تجاری،  ورق هایی در ابعاد 4×26×100 میلیمتر آماده سازی شدند. پارامترهای متغیر در این مطالعه سرعت چرخشی (800، 1200 و 2500 دور بر دقیقه) و زاویه ابزار (5/0، 1 و 3 درجه) تعیین شده و سرعت پیشروی ثابت و برابر 32 میلیمتر بر دقیقه در نظر گرفته شد. پس از اجرای جوشکاری نمونه‌ها جهت انجام بررسی‌های ریزساختاری و خواص مکانیکی (سختی و کشش) بر طبق استاندارد مربوطه آماده سازی شدند. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که ساختار ناحیه جوش CP-Ti/AZ91 شامل دانه‌های کشیده آلفا بوده و ریزساختار منطقه اختلاط یافته در سمت آلیاژ منیزیم شامل دانه‌های هم محور α - منیزیم همراه با ترکیبات بین فلزی Mg17Al12 در زمینه می‌باشد. نتایج حاصل از آزمون کشش نشان داد که بیشترین مقدار استحکام کششی (160 مگاپاسکال) مربوط به سرعت چرخشی 2500 دور بر دقیقه و زاویه پین 1 درجه می‌باشد. همچنین مشخص شد که سرعت چرخشی 800 دور بر دقیقه همراه با سرعت پیشروی 32 میلیمتر بر دقیقه جهت جوشکاری نمونه‌های AZ91 به تیتانیوم خالص تجاری مناسب نبوده بطوری‌که این نمونه‌ها در حین فرایند آماده‌سازی دچار شکست شدند. از طرفی مشاهده شد که افزایش زاویه ابزار نسبت به قطعه کار در ابتدا منجر به افزایش استحکام قطعه از 141 مگاپاسکال به 160 مگاپاسکال شده و سپس تا 132 مگاپاسکال کاهش می‌یابد. از طرف دیگر نتایج حاصل از آزمون سختی سنجی ویکرز نشان داد که عدد سختی منطقه جوش به طور میانگین برابر 173 ویکرز بوده  و از سختی آلیاژ AZ91 (61 ویکرز) بیشتر و به سختی آلیاژ تیتانیوم (167 ویکرز) نزدیک می‌باشد.