مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

در این پژوهش، تأثیر جریان پالسی و جریان ثابت بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات جوش سوپرآلیاژ Hastelloy X در فرایند جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، از فلزپرکننده ERNiCrMo-2 استفاده شد. پارامترهای مهم ریزساختاری نظیر جدایش عناصر آلیاژی، ریزتر شدن دندریت‌ها، یکنواختی ساختار فلزجوش و تغییرات حاصل در سختی و استحکام جوش، در دو حالت جوشکاری بررسی و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه شدند. برای ارزیابی ریزساختار، از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، طیف‌سنجی توزیع انرژی و جهت شناسایی فازها از پراش پرتو ایکس استفاده گردید. نتایج نشان داد که جوشکاری با جریان پالسی منجر به تشکیل ساختاری ریزتر با دندریت‌های هم‌محور، کاهش جدایش عناصر آلیاژی و توزیع یکنواخت‌تر کاربیدهای M₆C در فلزجوش می‌شود. همچنین، این فرایند موجب بهبود قابل توجهی در سختی، مقاومت به ضربه و استحکام کششی فلزجوش نسبت به جوشکاری با جریان ثابت گردید. بررسی‌های شکست‌نگاری، رفتار شکست نرم را در تمامی نمونه‌ها تأیید کرد که با نتایج ریزساختاری و مکانیکی مطابقت داشت. یافته‌های این پژوهش، اهمیت کاربرد جریان پالسی در جوشکاری را به‌عنوان راهکاری مؤثر برای کنترل ریزساختار و بهبود خواص مکانیکی اتصال سوپرآلیاژ Hastelloy X برجسته می‌سازد.

فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای یکی از روش‌های جوشکاری حالت جامد است که به‌عنوان یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در اتصال فلزات در دهه اخیر شناخته شده است. در این پژوهش، تأثیر سرعت دوران و زمان تماس ابزار با طراحی خاص و متفاوت با تحقیقات قبلی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم سری 5754 مورد بررسی قرار گرفته است. قطعه کار با استفاده از نگهدارنده مخصوص بر روی دستگاه سوراخ‌کاری رادیال گیره‌بندی شد و عملیات جوشکاری با استفاده از دستگاه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای در سرعت‌های دورانی متفاوت و زمان‌های تماس ابزار مختلف انجام گرفت. در ادامه ریزساختار، ریزسختی و نیروی کششی - برشی منطقه نقطه‌ جوش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد افزایش سرعت دوران ابزار و افزایش زمان تماس ابزار، بهبود نیروی کششی- برشی به میزان حدود %105 را در پی داشته است. مطابق تحلیل‌های آماری فاکتورهای سرعت دوران و زمان تماس ابزار با سطح اطمینان بیشتر از %95 بر مقدار نیروی برشی مؤثر هستند؛ در حالی‌که مطابق تحلیل‌های آماری، ارتباط بین سرعت دوران و زمان تماس با سختی، نتایج متفاوتی در پی داشته است.

آلیاژ Ti-6242 به‌دلیل مقاومت حرارتی بالا از اهمیت ویژه‌ای در حوزه‌ی ساخت افزایشی برخوردار است. بااین‌حال، قطعات تولیدشده از این آلیاژ به‌روش ذوب بستر پودر با پرتو الکترونی معمولاً کیفیت سطحی نامطلوبی دارند که از ماهیت تولید لایه‌به‌لایه و ذوب ناقص ذرات پودری ناشی می‌شود. در این پژوهش، به‌منظور بهبود ویژگی‌های سطحی، فرایند پولیش لیزری با سه توان لیزر (195، 260 و 325 وات) و دو سرعت حرکت (3 و 4/5 میلی‌متر بر ثانیه) بر روی نمونه‌ها اعمال شد. اثر این پارامترها بر زبری سطح، ریزساختار و خواص مکانیکی از طریق آزمایش‌های زبری‌سنجی، متالوگرافی، سختی‌سنجی و سایش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که زبری میانگین سطح تا 93 درصد کاهش یافته و از 9/36 به 0/61 میکرومتر رسید. همچنین، فازهای آلفا و بتا در ریزساختار اولیه به فاز مارتنزیتی و سوزنی‌شکل آلفا پرایم تبدیل شدند که موجب افزایش 33 درصدی سختی از 380 به 506 ویکرز و بهبود چشمگیر مقاومت به سایش گردید. در نتیجه، تنظیم بهینه پارامترهای پولیش لیزری می‌تواند به‌طور هم‌زمان زبری را کاهش داده و خواص مکانیکی سطح را بهبود بخشد.

در این پژوهش، یک روش نوین در فرایند اتصال‌دهی فاز مایع گذرا (TLP) بوسیله حرارت‌دهی دومرحله‌ای برای ایجاد اتصال در سوپرآلیاژ IN-738LC بررسی شد. اتصال‌دهی با حرارت اولیه °C  م1150 به مدت 5 ثانیه و سپس نگهداری در °C م1130-1110 برای 3 تا 40 دقیقه انجام گرفت. تحول ریزساختاری در طول فرایند و همچنین مورفولوژی فصل‌مشترک، در مقایسه با اتصالات متداول TLP مورد بررسی قرار گرفت. این روش زمان تکمیل انجماد همدما را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داد؛ به‌گونه‌ای که عرض یوتکتیک مرکزی از 45 میکرون در 3 دقیقه به 19 میکرون در 12 دقیقه کاهش یافت و در 40 دقیقه کاملاً حذف شد. بر اساس بررسی‌های ریزساختاری، فرایند حرارت‌دهی دومرحله‌ای در مرحله‌ی اولیه منجر به ایجاد فصل‌مشترک انجماد با ساختار سلولی ـ دندریتی می‌شود. این ویژگی موجب توزیع غیرخطی تخلخل‌ها در امتداد ناحیه‌ی اتصال گردید. درنهایت فرایند همگن‌سازی موجب حذف رسوبات بوریدی و تشکیل رسوبات یکنواخت γ′  مشابه فلز پایه شد. این یافته‌ها دیدگاه‌های عملی و ریزساختاری درباره تاثیر پروفایل حرارتی بر تحول ناحیه اتصال و مسیر بهبود اتصالات در سوپرآلیاژهای پایه نیکل را نشان می‌دهند.

ذوب انتخابی لیزری (SLM) امروزه به عنوانی روشی برای ساخت قطعات بالک و پیچیده صنعتی مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به این که عیوب ساختاری عموما از پارامترهای فرایند ناشی می‌شوند، ارزیابی بهینه انتخاب پارامترها برای به حداقل رساندن عیوب موضعی مورد توجه بوده است. بنابراین، مدلی برای پیش‌بینی ویژگی‌های هندسی تک‌پاس بهینه بر اساس پارامترهای فرایند اصلی یعنی توان و سرعت روبش لیزر برای جلوگیری از ایجاد نقص در تک پاس‌های اینکونل 738LC بر روی زیرلایه از جنس اینکونل 738 ریختگری ارائه شد. نقشه فرایندی بهینه بر اساس استفاده از روش رگرسیون خطی همراه با الگوریتم بهینه‌سازی ژنتیک با پارامترهای ترکیبی بهینه (PαVβ) به دست آمد. در نهایت، بر اساس ویژگی‌های هندسی تک‌پاس‌ها، یک منطقه بهینه بر روی نقشه فرایندی مشخص شد. در توان 325W و سرعت روبش لیزر 800mm/s   با توجه به کاهش نسبت G/R، ریزساختار از ناحیه اتصال به زیرلایه تا بالای تک‌پاس، از دندریتی ستونی به دندریتی هم محور تغییر کرده است. 

ساخت افزایشی سیم و قوس (WAAM) یکی از روش‌های نوین تولید قطعات به کمک فرایند جوشکاری قوسی با گاز محافظ است. در این پژوهش، ساخت دیواره نازک از فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 316L با استفاده از فرایند WAAM مبتنی بر جریان اینترپالسی انجام شده و یک دیواره در ۲۵ لایه و تحت دو استراتژی متفاوت، با الگوی حرکت رفت و برگشتی مشعل، ساخته شد. بر اساس مقادیر کروم معادل و نیکل معادل و با بهره‌گیری از نمودار شفلر، پیش‌بینی شد که انجماد ریزساختار در ناحیه آستنیت-فریت (AF) رخ می‌دهد. همچنین بررسی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و پراش پرتو ایکس، وجود زمینه آستنیتی در کنار دندریت‌های فریتی (در حدود ۵ درصد) را تأیید کرد. نتایج آزمون کشش نشان داد که نمونه‌های استخراج‌شده در جهت عمودی با میانگین استحکام کششی ۴۵۴ مگاپاسکال، نسبت به نمونه‌های افقی با استحکام کششی ۴۳۶ مگاپاسکال، حدود ۱۲ درصد نرخ کرنش بیشتری دارند.  مشاهدات حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی روی فرورفتگی‌های ریز و درشت سطح شکست نمونه‌های کششی نشان داد که مکانیزم غالب شکست، از نوع نرم می‌باشد. سختی دیواره نازک تولیدشده در بازه ۲۰۰ تا ۲۶۵ ویکرز، با میانگین ۲۳۴ ویکرز، اندازه‌گیری شد.

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. 

در این پژوهش، تأثیر اعمال پاس اضافی توسط ابزار بدون پین بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال لب‌به‌لب آلومینیوم 1100 تولیدشده به روش جوشکاری همزن اصطکاکی بررسی شد. ارزیابی ریزساختار با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و خواص مکانیکی با آزمون کشش و ریزسختی ویکرز انجام گرفت. نتایج نشان داد که اعمال پاس اضافی موجب ریزدانه شدن ساختار و کاهش اندازه دانه‌ها تا حدود 1 میکرومتر در ناحیه همزده می‌شود. همچنین، مقدار ریزسختی در ناحیه همزده بالایی از حدود 30 به 55 ویکرز افزایش یافت. آزمون کشش نیز بهبود خواص مکانیکی را نشان داد؛ به ‌طوریکه استحکام کششی نهایی از 86 به 101 مگاپاسکال افزایش یافت که معادل بهبود حدود 17 درصدی است. این بهبود به ریزدانه شدن ساختار و افزایش تعداد مرزدانه‌ها نسبت داده می‌شود.