مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

مطالعه حاضر بهینه‌سازی خواص مکانیکی و ریزساختاری جوشکاری لیزر ابر آلیاژ پایه کبالت هاینس ۲۵ (L-۶۰۵) را بررسی می‌کند. 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 می‌گیرد. 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 می‌گردد. در این تحقیق بدست آوردن متغیرهای جوشکاری برای ایجاد درصد بالایی از ساختار به صورت دندریت هم محور‌مد نظر می‌باشد. بررسی ریزساختاری رشد دانه همپایی و ساختارهای دندریتی در ناحیه جوش را نشان می‌دهد. سرعت انجماد بالا در حوضچه جوش سبب انجماد دندریتی شد که از دندریت‌های ستونی دیواره‌های جوش شروع می‌شود و به دندریت‌های هم محور در مرکز جوش منتهی می‌شود. مقدار ریزسختی در ناحیه جوش برابر ۳۲۸ ویکرز می‌باشد که به سختی ماده اصلی بسیار نزدیک است. استحکام کششی نمونه‌های جوش به حدود %۹۳ و%۹۴ استحکام کشش فلزپایه می‌رسد. بررسی آزمون کشش نمونه‌های جوش حاکی از شکست نرم-ترد است. با بررسی میکروسکوپی الکترونی روبشی وجود فرورفتگی‌ها، شکاف بین دانه‌ای و ریز حفره‌ها در ناحیه شکست تأیید شد.

در این پژوهش اتصال فاز مایع گذرای فولاد ساده کربنیSt۵۲ به سرمت کاربید تنگستن- کبالت با استفاده از لایه میانی مس با ضخامت ۵۰ میکرومتر مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور نمونه‌هایی در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و زمان‌های نگهداری ۱، ۱۵، ۳۰ و ۴۵ 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. آزمایش‌های ریزسختی سنجی و تنش کششی برشی نیز جهت مطالعه خواص مکانیکی روی نمونه‌ها انجام شدند. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد. سه منطقه مختلف انجمادی هم‌دما و غیرهم‌دما و منطقه متأثر از نفوذ سمت ماده پایه WC-Co  وجود دارد که ویژگی‌ نمونه‌ها را تعیین می‌کنند. 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 زمان‌های ۱ و ۱۵ دقیقه فاز η ایجاد نگردید در حالی‌که با افزایش زمان اتصال به ۳۰ و نهایتا ۴۵ دقیقه فاز η در منطقه متأثر از نفوذ سمت سرمت WC-Co تشکیل شد. پروفیل ریز سختی برای تمامی نمونه‌ها دارای یک روند بود و حداکثر سختی مربوط به سرمت پایه WC-Co به میزان ۱۱۰۰ ویکرز و کمترین سختی مربوط به فلزپایه فولادی و حدود ۲۲۰ ویکرز بود. همچنین حداکثر استحکام کششی برشی مربوط به نمونه متصل شده در زمان ۱۵ دقیقه و حدود ۱۸۰ 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.

در این پژوهش، اثر متغیرهای فرایند جوشکاری اصطکاکی تلاطمی (سرعت انتقالی ابزار در بازه‌ ۵۰ تا ۱۵۰ میلی‌متر بر دقیقه و سرعت چرخشی ابزار در بازه‌ ۳۰۰ تا ۱۱۰۰ دور بر دقیقه) بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلومینیوم AA۵۰۵۲ به پلی‌پروپیلن PP-Z۳۰S مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری با میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی نشان داد ایجاد اتصال با تشکیل قفل‌های مکانیکی به شکل قطعات لنگر مانندی از جنس آلومینیوم همراه است. به‌علاوه مشاهده شد که کاهش حرارت ورودی (با افزایش سرعت خطی و یا کاهش سرعت چرخشی ابزار) موجب افزایش اندازه‌ این لنگرها می‌شود. نتایج آزمون کشش-برش نشان داد که افزایش سرعت انتقالی ابزار از ۵۰ به ۱۰۰ میلی‌متر بر دقیقه با افزایش اندازه‌ لنگرها موجب افزایش نیروی شکست (حدود %۱۰) می‌شود. اگرچه، افزایش بیشتر سرعت چرخشی، بدلیل ایجاد عیوب و حفرات در فصل مشترک اتصال، نیروی شکست را کاهش داد (از ۲۳۵ به ۱۸۱ نیوتن). افزایش سرعت چرخشی از ۳۰۰ تا ۹۰۰ دور بر دقیقه نیز با ایجاد لنگرهای عمود بر سطح پلیمر و با عمق نفوذ بیشتر، موجب افزایش استحکام اتصال (تا حدود %۷۰) شد.