مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

در این تحقیق، اثر میزان فشار فورج و درصد کربن بر خواص مکانیکی و ریزساختار جوش اصطکاکی دورانی ناهمسان فولاد زنگ‌نزن 304 به انواع فولاد ساده کربنی بررسی شد. شفت‌های 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 می‌کند. همچنین، با افزایش فشار فورج بیش از حد بهینه، بیشتر مادۀ ویسکو پلاستیک بیرون زده و اتصال در دمای پایین شکل می‌گیرد.  بررسی‌های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ نوری و الکترونی انجام گرفت. نتایج نشان داد که ریزساختار مقطع جوش متشکل از دانه‌های 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 می‌شود. همچنین نتایج آزمایش کشش نشان داد که بهینه‌ترین 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.

جوشکاری یکی از روش‌های تعمیر سطحی چدن‌ها ‌می‌باشد. 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 روپوش‌دار ENi-CI و E6013 جوشکاری شد. مطالعات ریزساختاری نشان داد که ریزساختار فصل مشترک نمونه از مارتنزیت با تیغه‌های ظریف و بینیت بالایی تشکیل شده است. علی‌رغم وجود فاز کاربید آهن (Fe₃C) در کنار آهن آلفا (α-Fe) در ناحیه فصل مشترک، تشکیل ناحیه اختلاط ناقص با تیغه‌های 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 ‌می‌باشد. نتایج آزمون‌های 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 مقاوم‌تر است.

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 طیف‌سنجی 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 نمونه‌ها، شکست در لایه فسفر برنزی اتفاق افتاده و هیچ شکستی به دلیل جدایش نمونه‌ها 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. آزمون‌های خوردگی پولاریزاسیون و طیف‌نگاری 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 سانتی‌متر مربع افزایش یافت.

کویل‌های مسی یکی از قسمت‌های مهم دستگاه عملیات سخت‌کاری القائی می‌باشند. فرایند ساخت سنتی این کویل‌ها با استفاده از سطح مقطع‌های مسی اکسترود‌شده می‌باشد. در این پژوهش به بررسی تجربی تولید سطح مقطع مسی به روش پرینت سه‌بعدی پرداخته شد. دو نمونه از جنس مس با سطح مقطع مربع توخالی تولید‌شده به روش اکستروژن و پرینت سه‌بعدی، با هدف ساخت کویل‌های عملیات سخت‌کاری القائی مورد بررسی قرار گرفتند. آزمون‌های چگالی، هدایت الکتریکی، سختی و زبری ‌سطح بر‌طبق استانداردهای مربوطه انجام گرفت. نتایج کمی نمونه‌های اکسترود‌شده و پرینت سه‌بعدی به ترتیب، چگالی %۹۹ و%93 درصد چگالی تئوری مس، هدایت ‌ا‌لکتریکی% 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 می‌باشند. نتایج نشان داد که نمونه اکسترود‌شده دارای چگالی بالاتر، هدایت الکتریکی بهتر و سطح صاف‌تر است، در حالی که نمونه پرینت سه‌بعدی با سختی بالاتر، چگالی کمتر و زبری سطح بیشتر همراه است. این یافته‌ها نشان می‌دهد از روش پرینت سه‌بعدی فلزی برای ساخت کویل‌های سخت‌کاری القائی می‌توان استفاده کرد.

فرایند ساخت افزایشی قوسی سیمی (WAAM) به‌عنوان یکی از روش‌های کارآمد تولید قطعات فولاد زنگ‌نزن آستنیتی با ابعاد بزرگ، به‌دلیل نرخ رسوب بالا و هزینه نسبتاً پایین مورد توجه قرار گرفته است؛ با این حال، گرادیان‌های حرارتی شدید و چرخه‌های حرارتی تکرارشونده در این فرایند می‌توانند منجر به ناهمگنی ریزساختاری و ناهمسانگردی خواص مکانیکی شوند. در پژوهش حاضر، دیواره‌هایی 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 زنگ‌نزن 316L تولیدشده به روش ساخت افزایشی قوسی سیمی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ریزساختاری نشان داد که ساختار نهایی شامل زمینه γ-آستنیتی به‌همراه حدود 8/5 درصد δ-فریت است. آزمایش کشش بیانگر دستیابی همزمان به استحکام و شکل‌پذیری بالا بود. نمونه‌های استخراج‌شده 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 جهت‌دار دانه‌های ستونی نسبت داده می‌شود. شکل‌پذیری بالاتر نسبت به فولادهای ریختگی متعارف به حضور زمینه کاملاً آستنیتی، مقدار کنترل‌شده δ-فریت، ریزساختار دندریتی اصلاح‌شده و اثر بازپخت موضعی ناشی از رسوب لایه‌های متوالی مرتبط می گردد. اندازه‌گیری ریزسختی در امتداد ارتفاع ساخت، کاهش تدریجی سختی را با افزایش فاصله از زیرلایه نشان داد که ناشی از درشت‌شدن دانه‌ها در اثر تجمع حرارت و کاهش نرخ سرمایش در لایه‌های بالاتر است. در مجموع، نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که فرایند WAAM قابلیت تولید فولاد زنگ‌نزن 316L با ترکیبی متعادل از استحکام و شکل‌پذیری بالا را داراست، مشروط بر آن‌که کنترل مناسبی بر رفتار انجمادی و تاریخچه حرارتی اعمال شود. یافته‌های این پژوهش می‌تواند به‌عنوان مبنایی برای بهینه‌سازی ریزساختار و کاهش ناهمسانگردی در کاربردهای صنعتی ساخت افزایشی مورد استفاده قرار گیرد. 

اتصال ورق‌های آلومینیومی غیرهمنام به دلیل تفاوت در خواص فیزیکی، مکانیکی و متالورژیکی، از موضوعات مهم در بهینه‌سازی اتصالات صنعتی به شمار می‌رود. 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 شده‌اند، 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 آزمون‌های مکانیکی نشان داد که در نمونه‌های جوشکاری‌شده به روش FSW شکست عمدتاً در ناحیه جوش رخ داده است، اما در نمونه‌های جوشکاری‌شده 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 خورده‌اند. 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 به‌دست‌آمده از هر دو روش، مشخص گردید که روش TIG در اتصال برخی از آلیاژها عملکرد بهتری نسبت به FSW از خود نشان می‌دهد.

این پژوهش به ارزیابی تطبیقی فرایندهای جوشکاری SMAW و GMAW بر اتصالات پره به شفت همزن‌های صنعتی از جنس فولاد St37 مورد استفاده در محیط‌های سربی می‌پردازد. به‌منظور بهبود عملکرد اتصال، اثر فرایند جوشکاری و اصلاح هندسه اتصال بر ریزساختار و خواص مکانیکی نواحی جوش بررسی شد. نتایج نشان داد که استفاده از فرایند GMAW پهنای متوسط ناحیه متاثر از حرارت (HAZ) را از 1532 به 871 میکرومتر کاهش داد که معادل 43/1 درصد کاهش نسبت به SMAW است. همچنین استحکام کششی نهایی اتصال از 376 مگاپاسکال در نمونه SMAW به 400 مگاپاسکال در نمونه GMAW افزایش یافت که بهبود 6/4 درصدی را نشان می‌دهد. نتایج آزمون میکروسختی نیز افزایش میانگین سختی HAZ از 145 بهHVم160 را نشان داد که معادل 10/3 درصد افزایش سختی است. بررسی‌های ریزساختاری تفاوت محسوسی در ویژگی‌های ناحیه جوش و HAZ دو فرایند آشکار کرد. نتایج نشان می‌دهد انتخاب فرایند GMAW همراه با اصلاح هندسه اتصال می‌تواند موجب بهبود خواص مکانیکی و افزایش قابلیت اطمینان اتصالات پره به شفت در همزن‌های صنعتی شود.