مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

هدف از پژوهش حاضر، بررسی خواص­مکانیکی و ریزساختاری فولاد ۷۲۲۵/۱ 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، مشخصه‌یابی ریزساختاری، ریزسختی‌سنجی و آزمون کشش انجام شد. ارزیابی­های انجام گرفته نشان داد، فاصله کانونی بهینه برای جوشکاری ورق فولاد ۷۲۲۵/۱  با ضخامت یک میلی‌متر، حدود ۹ میلی‌متر بوده به طوری که کانون در یک میلی‌متر 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 ­نمونه­ها مشاهده شد. در این آلیاژ، میزان سختی فلزپایه HV ۱۰ ± ۳۱۰ بود که پس از جوشکاری سختی نمونه با فاصله کانونی بهینه در ناحیه متاثر از حرارت به HV ۱۰ ±  ۶۲۵ و در ناحیه ذوبی به HV ۵ ± ۷۳۰ 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.
 

سوپرآلیاژ اینکونل ۷۱۳LC یکی از آلیاژهای پرکاربرد دمای بالا است و به‌دلیل میزان بالای فاز گاماپرایم ناشی از غلطت Ti و Al بیشتر از یک مقدار بحرانی، این آلیاژ ازجمله آلیاژهای جوش ناپذیر محسوب می‌شود. یکی از روش‌های اساسی تعمیرات این سری از سوپرآلیاژها روش‌های روکش‌کاری لیزری می‌باشد؛ در این پژوهش زیرلایه IN۷۱۳LC  با پودر اینکونل ۶۲۵  توسط سیستم رسوب‌نشانی مستقیم لیزری بازسازی شد. جهت مشخصه‌یابی آزمون‌های میکروسکپی نوری و الکترونی، تخلخل‌سنجی، و پراش پرتوایکس انجام‌شد؛ نتایج نشان داد در سرعت‌های بالای روکش‌کاری لیزری میزان R (نرخ رشد نوک دندریت) افزایش می‌یابد، در نتیجه نسبت G/R (مادون انجماد ترکیبی) کاهش می‌یابد و ساختار به سمت دندریتی هم‌محور میل می‌کند. به همین دلیل با افزایش سرعت روبش‌لیزر از ۴ به ۶ میلی‌متر بر ثانیه، ساختار دندریتی هم‌محور افزایش می‌یابد. نتایج سختی سنجی حاکی از کاهش سختی تا منطقه فصل مشترک از ۴۳۰ به ۳۷۰ ویکرز و نوسانات در حدود ۵۰ ویکرز می‌باشد. به‌دلیل سرعت انجماد بالا، میانگین فاصله بین بازوهای ثانویه ۸/۰ در پایین، ۰۱/۱ در میانه و ۷۵/۱میکرومتر در بالای نمونه به‌دست آمد. به‌دلیل سرعت بالای سردشدن تنها کاربیدها و فاز لاوه تشکیل شده است. همچنین نتایج تخلخل سنجی روکش نشان‌دهنده تخلخل حداکثر ۱/۰ درصد است.

بازسازی قطعات به‌وسیله رسوب‌نشانی مستقیم لیزری می‌تواند تلفیقی از خواص مقاومت به سایش بالا، چقرمگی مناسب و مقاومت مطلوب در برابر خوردگی را ایجاد نماید. در این پژوهش خواص سایشی روکش پودر اینکونل ۶۲۵ روی زیرلایه هم‌جنس بررسی شد؛ بدین منظور از آزمون سایش دمای محیط و دمای بالا استفاده و کاهش‌جرم، ضریب اصطکاک، عرض و عمق نفوذ سایش اندازه‌گیری شد. جهت ارزیابی سطح سایش‌یافته از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم طیف سنجی پراش انرژی استفاده شد. نتایج نشان داد؛ کاهش جرم ناشی از سایش روکش اینکونل ۶۲۵ در مقایسه با زیرلایه اینکونل ۶۲۵ به ترتیب ۷ و ۵۲  درصد در سایش دمای ۲۵ و ۶۲۰ درجه سانتیگراد کاهش یافت. مکانیزم سایش دمای محیط پوشش عمدتاً خراشان و مکانیزم سایش دما بالای آن  عمدتاً چسبان است.

با توجه به کاربرد فولاد ۳۱۶ در تجهیزات حمل‌ونقل، فضایی و شیمیایی، افزایش عمر و بازسازی آن مورد تقاضای این صنایع است. در این پژوهش تأثیر چگالی انرژی لیزر بر ریزساختار و مشخصات هندسی شامل عرض، ارتفاع و آمیختگی روکش حاصل از رسو‌ب‌نشانی استلایت۶ روی زیرلایه فولاد۳۱۶ موردبررسی قرار گرفت. طراحی آزمایش با تغییرات چگالی انرژی از ۴۰ تا ۱۱۶ ژول بر میلی‌متر و تغییرات نرخ پودر در سطوحی بین ۱۲ تا ۲۰ گرم بر دقیقه انجام شد. برای ارزیابی نمونه‌ها از تصاویر میکروسکوپی نوری، الکترونی و آنالیز طیف‌سنجی پراش انرژی استفاده شد. نتایج نشان داد در ناحیه فصل مشترک با افزایش چگالی انرژی در نرخ پودرهای مختلف ابعاد بازوهای دندریتی اولیه  از ۵/۱ میکرومتر با افزایش۲ برابری به حدود ۳ میکرومتر افزایش می‌یابد. به‌عبارت‌دیگر سرعت سرد شدن ۲ برابر می‌شود. افزایش چگالی انرژی از ۴۰ به ۷۵ ژول بر میلی‌متر منجر به کاهش نسبت کبالت به کروم (مؤثر در خواص سایشی) از ۲ به ۷/۰ و همچنین کاهش نسبت کبالت به آهن (کنترل‌کننده استحاله آلوتروپیک) از ۳۵ به ۳ در ناحیه دندریتی شد؛ این مسئله نشان‌دهنده‌ نقش بسیار مهم چگالی انرژی بر ریزساختار و تحولات فازی است.

در این پژوهش اثر پارامترهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) بر خصوصیات اتصال غیرهمجنس آلیاژهای آلومینیوم ۵۰۸۳ و فولاد زنگ‌نزن آستنیتی L۳۱۶، به ضخامت ۴ میلی‌متر بررسی شده است. سرعت پیشروی ابزار در محدوده ۱۶ تا ۲۵ میلی‌متر بر دقیقه و سرعت چرخش ابزار برابر با سرعت ثابت ۲۵۰ دور بر دقیقه در نظر گرفته شد. جهت بررسی‌‌ ریزساختار مناطق مختلف جوش، میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی و جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمون‌‌های سختی و کشش انجام‌شد. نتایج، تشکیل یک منطقه کامپوزیتی متشکل از ذرات تقویت‌کننده فولادی در زمینه ریزدانه آلومینیوم در منطقه اغتشاشی را نشان‌داد. در فصل مشترک فولاد و آلیاژ آلومینیوم، یک‌لایه ترکیب بین فلزی ناپیوسته به ضخامت حدود ۲ میکرومتر مشاهده شد؛ همچنین با انتخاب سرعت چرخش ۲۵۰ دور بر دقیقه و سرعت پیشروی ۱۶ میلی‌متر بر دقیقه، استحکام کششی برابر با ۲۹۸ مگاپاسکال و انعطاف ۲۶ درصد (۹۳ درصد استحکام کششی و ۵۰ درصد انعطاف‌پذیری آلیاژ آلومینیوم) به دست آمد.