مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

لحیم‌کاری نرم از پرمصرف‌ترین فرایندهای اتصال‌دهی در صنعت الکترونیک است. بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی و همچنین کنترل تشکیل و رشد ترکیبات بین‌فلزی، زمینه‌ساز گسترش تحقیقات در زمینه کامپوزیت‌سازی شده است. توزیع یکنواخت از ذرات سخت در زمینه لحیم، ‌طوری‌که خواص فیزیکی و مکانیکی را بهبود بخشد می‌تواند معیاری موفقیت‌آمیز برای رسیدن به آلیاژهای لحیم کامپوزیتی باشد. در این پژوهش با بهره‌گیری از روش اتصال‌دهی نورد انباشتی (ARB)، کامپوزیت‌سازی آلیاژ لحیم نرم بدون سرب SAC0307 با استفاده از میکروذرات کبالت انجام شد. در ادامه جهت بررسی کارایی روش کامپوزیتی به کارگرفته شده، ورق‌های لحیم تولید شده به این روش از نظر ریزساختاری، مکانیکی و فیزیکی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری نشان‌دهنده توزیع مناسب ذرات تقویت کننده کبالت درزمینه لحیم بعد از3 پاس ARB بود. همچنین، با افزایش درصد کبالت اندازه ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 در آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی ازµmم9 به µmم5 در آلیاژ لحیم کامپوزیتی با 1 درصد وزنی کبالت کاهش یافت. در ادامه با بررسی تغییرات شکل و اندازه دانه های β-Sn، وقوع و تسریع فرایند‌های ترمیمی (بازیابی و تبلور مجدد) با حضور ذرات تقویت کننده کبالت در زمینه لحیم نشان داده شد. بررسی‌های خواص مکانیکی ورق‌های تولید شده، افت 20 درصدی استحکام مکانیکی اتصال بین لایه‌های ورق لحیم کامپوزتی را نشان داد. همچنین، نتایج آزمون کشش نشان‌دهنده افزایش 28 درصدی استحکام کششی و کاهش 31 درصدی ازدیاد طول آلیاژ لحیم کامپوزیتی با 1 درصد وزنی کبالت است. از طرفی نتایج آزمونDSC، تغییر ناچیز دمای ذوب ورق‌های آلیاژ لحیم کامپوزیتی را نشان داد.

فولادهای ساده کربنی با توجه به ارزان بودن آن‌ها کاربردهای مختلفی در صنعت دارند ولی خواص مکانیکی و مقاومت سایشی مطلوبی ندارند. اعمال پوشش‌های سخت و مقاوم به سایش کارایی و حوضه کاربرد آن‌ها را افزایش می‌دهد. پوشش کلمونوی۶ (Colmonoy6) از جنس سوپر آلیاژهای پایه نیکل می‌باشد که باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش، فرسایش و خوردگی سطح می‌شود. هدف این پژوهش بررسی خواص سایشی روکش سخت و مقاوم به سایش کلمونوی۶ بر روی زیرلایه فولاد ساده کربنی می‌باشد. در این تحقیق روکش کلمونوی۶با استفاده از فرایند جوشکاری به دو روش قوس انتقالی پلاسما وقوس تنگستن و در شرایط یکسان انجام شد. خصوصیات ریزساختاری و رفتار سایشی نمونه‌ها در دماهای مختلف باهم مقایسه شدند. بررسی‌های ریزساختاری توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی، و آنالیزهای فازی توسط آنالیز پراش پرتو ایکس صورت گرفت. آزمون سایش پین بر روی دیسک در سه دمای ۲۵، ۳۰۰ و ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد و با استفاده از پین سرامیکی آلومینایی انجام شد. بررسی‌های ریزساختاری روکش، تشکیل محلول جامد غنی از نیکل دندریتی، وترکیبات بورایدی و کاربیدی بین دندریتی در روکش‌ها که موجب افزایش سختی و بهبود مقاومت سایشی می‌شوند را تایید کردند. نتایج نشان داد که در هر دو روش روکش‌کاری، مکانیزم سایش در دمای اتاق از نوع سایش خراشان ملایم، در حالی‌که در دمای ۶۰۰ درجه، مکانیزم سایش از نوع تغییر شکل پلاستیکی است که بترتیب دارای عمق شیار سایشی در حدود ۳5-۳3 میکرون، و ۵5-۵0 میکرون می باشند. در هر دو روش، سختی روکش تقریبا عدد ۶۰۰ ویکرز را نشان داد که افزایش چند برابری نسبت به زیرلایه دارد. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که عواملی به غیر از سختی در تعیین رفتار سایشی نقش بازی می‌کنند که از آن جمله می‌توان به پایداری ریزساختاری و توزیع فازها در دمای بالا اشاره کرد.

ساخت افزایشی قوسی با سیم (WAAM) به دلیل نرخ بالای رسوب‌دهی، جایگاهی ویژه در تولید قطعات بزرگ فلزی دارد. استفاده از فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی در این فرایند می‌تواند علاوه بر کاهش هزینه‌های تولید، آزادی بیشتری در طراحی قطعات فراهم کند. فولاد زنگ‌نزن 310، که به‌عنوان فولاد نسوز در صنعت شناخته می‌شود، به دلیل مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و دمای بالا، کاربرد گسترده‌ای دارد. با این حال، این فولاد به‌طور ویژه به ترک‌های گرم در حین فرایندهای جوشکاری و ساخت افزایشی حساس است. در این پژوهش، ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ‌نزن 310 تولیدشده به روش WAAM با استفاده از فرایندهای انتقال سرد فلز (CMT) و جوشکاری قوسی فلزگازی (GMAW) مقایسه شد. نتایج نشان داد که فرایند CMT به دلیل حرارت ورودی پایین‌تر، می‌تواند حساسیت فولاد زنگ‌نزن 310 به ترک‌های گرم را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد. این یافته‌ها اهمیت انتخاب مناسب فرایند برای تولید قطعات باکیفیت و کاهش عیوب ساختاری را نشان می‌دهد.

در این تحقیق، اثر شدت جریان جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای بر تشکیل ترک‌تردی فلز مذاب (LME)  در فولاد پیشرفته QP1180 گالوانیزه بررسی شد. ورق‌های فولادی گالوانیزه شده با ضخامت 1 میلی‌متر با جریان‌های6.5، 7، 7.5 و 8 کیلوآمپر جوشکاری شدند. نتایج نشان داد با افزایش شدت جریان، اندازه ناحیه جوش (ناگت)، حجم ذوب، فرورفتگی الکترود و در نتیجه احتمال شکل‌گیری ترک‌های LME به طور قابل توجهی افزایش یافت. بررسی ریزساختار، توزیع عناصر و ترک‌ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی انجام شد. نتایج نشان داد که ریزساختار ناحیه جوش عمدتاً مارتنزیتی بوده و توزیع غیریکنواخت عنصر روی در مرز دانه‌ها، آغاز و گسترش ترک‌های LME را تسهیل کرده است. ترک‌ها عمدتاً در لبه فرورفتگی حوضچه جوش و همچنین در ناحیه تماس الکترود با ورق مشاهده شدند. تشکیل این ترک‌ها در جریان‌های بیش از 7 کیلوآمپر باعث افت خواص مکانیکی شد. بطوری‌که با افزایش جریان از 5/6 به 7 کیلوآمپر بیشینۀ نیرو از 21/3 به 18/6 کیلونیوتن کاهش یافت. همچنین، جابجایی از 4/19 به 3/68 میلی‌متر رسید. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که کنترل شدت جریان جوشکاری عامل کلیدی در کاهش پدیده LME و بهبود خواص مکانیکی اتصال در فولادهای QP1180 گالوانیزه می‌باشد. بهینه‌سازی پارامترهای جوشکاری، به ویژه محدودسازی شدت جریان، می‌تواند به جلوگیری از بروز ترک‌های ناشی از مذاب و افزایش دوام و ایمنی سازه‌های خودرویی منجر گردد. پروفیل سختی نشان داد که بیش‌ترین مقدار سختی در ناحیه‌ جوش حاصل شد و پس از آن با فاصله گرفتن به سمت ناحیه تحت تأثیر حرارت سختی کاهش یافت.

سوپرآلیاژ Inconel 738LC به‌دلیل استحکام ناشی از رسوبات گاما پرایم و حضور فازهای کم‌ذوب، در جوشکاری مستعد ترک‌های ذوبی در ناحیه متأثر از حرارت است و این موضوع قابلیت اطمینان اتصال را محدود می‌کند. در این پژوهش، اثر جریان در جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (GTAW) در دو حالت ثابت و پالسی بر جوش‌پذیری، ریزساختار و خواص مکانیکی این سوپر‌آلیاژ بررسی شد. برای ارزیابی جوش ها، آزمون کشش در دمای محیط و سختی‌سنجی ویکرز انجام شد و ریزساختار به‌کمک میکروسکوپ الکترونی و نوری مطالعه گردید. نتایج نشان داد پالسی‌کردن—به‌ویژه در فرکانس‌های بالاتر—با ایجاد نوسان حرارتی کنترل‌شده و کاهش ورودی حرارت مؤثر، وقوع ترک‌های ذوبی را به‌طور معناداری کاهش داده و کیفیت اتصال را بهبود می‌بخشد. این رویکرد با سوق‌دادن انجماد از دندریتی ستونی به هم‌محور، کاهش جدایش بین‌دندریتی و توزیع یکنواخت‌تر و ریزتر کاربیدهای MC، زمینه بهبود استحکام، شکل‌پذیری و سختی فلز جوش را فراهم می‌کند. در مجموع، GTAW پالسی روشی کارآمد برای مهار ترک‌خوردگی و ارتقای عملکرد اتصال در IN738LC است.

جوشکاری تعمیری سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل‌939 که تحت شرایط کاری 100000 ساعت بود، به روش جوشکاری قوسی تنگستن-گاز با استفاده از فلز پرکن اینکونل‌617 انجام شد. هدف اصلی در این پژوهش بررسی و تحلیل چالش‌‌های موجود در حین جوشکاری مانند توزیع نامنظم کاربیدهای اولیه MC و تشکیل ترک در منطقه متاثر از حرارت، و همچنین بررسی اثر سیکل عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری بر ریزساختار و سختی نواحی مختلف جوش می‌باشد. در حین جوشکاری ترک خوردگی در منطقه متاثر از حرارت به طول 91 میکرومتر مشاهده شد و با توجه به حضور یک لایه‌ ذوب شده و تجمع کاربیدها در اطراف ترک، ترک از نوع ترک ذوبی معرفی شد. سپس بر اثر عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری، بهبود مشخصه‌های ریزساختاری و سختی در حوضچه‌ جوش، منطقه ذوب جزیی و منطقه متاثر از حرارت مشاهده شد که این امر موجب همگون شدن پروفیل سختی گردید. مشاهده گردید که عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری باعث رشد و گسترش ترک‌ تشکیل شده در حین جوشکاری به طول 386 میکرومتر شد که این ترک به دلیل تشکیل و رشد در حین عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری از نوع ترک پیر کرنشی معرفی شد.

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.