مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

در این پژوهش، اتصال غیرهمجنس ابرآلیاژ نایمونیک ۷۵ به مونل ۴۰۰ با ضخامت ۱ میلی‌متر به روش جوشکاری لیزر ضربانی Nd:YAG مورد پژوهش قرار گرفت. با آزمون‌های میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس، میکرو سختی سنجی و آزمون کشش خواص مکانیکی اتصال بررسی شد. در مورد جوشکاری غیرهمجنس ابر آلیاژ نایموینک ۷۵ به مونل۴۰۰ عیوبی مانند ترک ذوبی و تخلخل در نمونه‌های جوشکاری شده مشاهده شد که با افزایش دمای پیشگرم و کاهش حرارت ورودی این عیوب رفع شدند. نتایج نشان داد، برای رسیدن به عمق نفوذ مناسب، ولتاژ، پهنای زمانی ضربان، بسامد ضربان و سرعت جوشکاری به ترتیب ۵۰۰ ولت، ۹میلی‌ثانیه، ۳ هرتز و ۰,۹ میلیمتر بر ثانیه انتخاب شود. همچنین بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که ساختار حاصل از جوشکاری، از زمینه آستنیتی حاوی دندریت‌های ستونی و در برخی مناطق سلولی تشکیل‌شده است. خصوصیات مکانیکی فلزجوش، پس از اتصال کاهش یافته و جدایش موجب تغییر در مقدار عناصر و پیدایش ترکیبات بین فلزی در فواصل بین دندریت‌ها و سلول‌ها می‌گردد. همه نمونه‌های غیرهمجنس در آزمون کشش از ناحیه فلز جوش دچار شکست گردیدند.

در مطالعه حاضر از فرایند اصطکاکی اغتشاشی(FSP) برای تولید کامپوزیت هیبریدی سطحی Al/ZrO_۲/ZrSiO_۴ در سرعت چرخش ثابت ۱۴۰۰ دور بر دقیقه و سرعت‌های پیشروی ۲۰، ۲۵، ۵/۳۱ و ۴۰ میلی‌متر بر دقیقه استفاده گردید. لذا هدف از مطالعه مذکور بررسی تاثیر سرعت پیشروی ابزار بر ریزساختار، سختی و رفتار سایشی کامپوزیت هیبریدی سطحی فوق الذکر و مقایسه آن با آلومینیوم ۵۰۵۲ خام است. بررسی‌ها نشان داد، در اثر عملیات FSP یک ساختار ریزدانه ایجاد می‌گردد که با حضور ذرات ZrO_۲ و ZrSiO_۴ سختی و مقاومت سایشی نمونه‌ها در مقایسه با نمونه خام بهبود می‌یابد. همچنین نتایج نشان داد، در بین نمونه‌های FSP شده، نمونه با سرعت پیشروی ۲۰ میلی‌متر بر دقیقه دارای بالاترین سختی و مقاومت سایشی است. دلیل این موضوع آنست که در این نمونه بدلیل سرعت پیشروی کمتر در مقایسه با سایر نمونه‌ها، گرمای بیشتری ایجاد شده که منجر به توزیع مناسب تر و ریزشدن بیشتر ذرات گردیده است. بنابراین در نمونه با سرعت پیشروی ۲۰ میلی‌متر بر دقیقه، سختی و مقاومت سایشی در مقایسه با نمونه خام به ترتیب %۳/۲۷ و %۹/۶۸  افرایش می‌یابد. همچنین بررسی سطوح سایش نمونه‌ها نشان داد مکانیزم سایش در نمونه خام سایش چسبان قوی است که در اثر عملیات FSP و کامپوزیت سازی سطوح بدلیل ریز شدن دانه‌ها و افزایش سختی، مکانیزم سایش به چسبان ضعیف تبدیل شده است، لذا مقاومت به سایش نمونه‌های FSP بهبود یافته است.
 

در این مقاله ما از روش تیگ فعال با استفاده از ارتعاش فراصوت (UV) برای جوشکاری فولادL۳۱۶ استفاده کردیم. در طی فرآیند جوشکاری الکترود تنگستن و گاز بی اثر فعال (A-TIG) امواج صوتی با شدت بالا توسط یک ژنراتور اولتراسونیک فرکانس بالا با فرکانس کاری بهینه ۳/۲۰ کیلوهرتز و دامنه ارتعاش ۸ میکرومتر، تولید شده و به حوضچه جوش مذاب که با نانوذرات SiO_۲ به عنوان یک شار فعال کننده پوشش دهی شده است، وارد شد. اثر UV و نانوذرات بر هندسه جوش و ریزساختار جوش مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و با فرآیند جوشکاری تیگ معمولی مقایسه شد. نتایج نشان داد که استفاده از نانوپودر در جوشکاری تیگ نه تنها می تواند عمق نفوذ جوش را حدود ۵/۱۷ درصد افزایش دهد، بلکه باعث کاهش ۲۸ درصدی عرض مهره جوش (WBW) در مقایسه با جوشکاری تیگ معمولی می شود. این مقادیر در حضور امواج فراصوت به ترتیب به ۲۵ درصد افزایش و ۳۵ درصد کاهش می رسد. علاوه بر این، با افزودن نانومواد به حوضچه مذاب دانه ها ریزتر شد و امواج فراصوت به توزیع یکنواخت این نانوموادها در مذاب کمک کرده و درنهایت منجر به اصلاح ریزساختار جوش شده است.

در این تحقیق اتصال غیرمشابه آلیاژ زیست تخریب پذیر AZ۳۱ به آلیاژ تیتانیومی Ti-۶Al-۴V به روش جوشکاری اصطکاکی چرخشی و با هدف نهایی ساخت پین یا پیچ دو جنسی ارتوپدی مورد بررسی وارزیابی قرار گرفت. از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی ریزساختار، از پراش پرتو ایکس برای آنالیز فازی و از دستگاه آزمون پیچش و دستگاه ریز سختی‌سنج برای بررسی خواص مکانیکی و از آزمایش پلاریزاسیون تافل و امپدانس الکتروشیمیایی برای بررسی مقاومت خوردگی استفاده شد. در عملیات جوشکاری، سرعت‌ دورانی ۱۱۰۰، ۱۲۰۰ و ۱۳۰۰ دور بر دقیقه و زمان اصطکاک ۲ و ۴ ثانیه به عنوان پارامترهای متغیر، و دو پارامتر فشار اصطکاک و فشار فورج به ترتیب به میزان ۵۰ و ۴۰ مگاپاسکال به عنوان پارامترهای ثابت در نظر گرفته شدند. بررسی ریزساختار منطقه اتصال نشان داد که در قسمت آلیاژ تیتانیوم تقریبا هیچ‌گونه تغییر شکلی وجود ندارد، اما در سمت منیزیم بیشترین میزان تغییر شکل و با فاصله گرفتن از خط اتصال به ترتیب، منطقه اتصال(CZ)، منطقه تغییر شکل جزیی (PDZ)، منطقه متاثر از عملیات ترمومکانیکی(TMAZ)ومنطقه تبلور مجدد دینامیکی (DRX) قابل مشاهده می‌باشند. تشکیل ترکیبات بین فلزی مانند Mg_۲AlZn، Ti_۳Al و همچنین ریز شدن دانه‌ها باعث افزایش سختی ناحیه منیزیم مجاور خط اتصال تا ۱۵۰ ویکرز شد.  نتایج آزمون پیچش نشان داد نمونه جوشکاری شده در شرایط سرعت دوران ۱۲۰۰ دور بر دقیقه و در زمان اصطکاک ۴ ثانیه دارای بالاترین میزان استحکام برشی و به مقدار ۵/۸۱ مگاپاسگال و همچنین دارای بالاترین مقاومت به خوردگی در بین سایر نمونه‌ها می‌باشد.

به منظور بررسی تاثیر پارامترهای سرعت چرخشی و زاویه ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلیاژ AZ۹۱ منیزیم به تیتانیوم خالص تجاری،  ورق هایی در ابعاد ۴×۲۶×۱۰۰ میلیمتر آماده سازی شدند. پارامترهای متغیر در این مطالعه سرعت چرخشی (۸۰۰، ۱۲۰۰ و ۲۵۰۰ دور بر دقیقه) و زاویه ابزار (۵/۰، ۱ و ۳ درجه) تعیین شده و سرعت پیشروی ثابت و برابر ۳۲ میلیمتر بر دقیقه در نظر گرفته شد. پس از اجرای جوشکاری نمونه‌ها جهت انجام بررسی‌های ریزساختاری و خواص مکانیکی (سختی و کشش) بر طبق استاندارد مربوطه آماده سازی شدند. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که ساختار ناحیه جوش CP-Ti/AZ۹۱ شامل دانه‌های کشیده آلفا بوده و ریزساختار منطقه اختلاط یافته در سمت آلیاژ منیزیم شامل دانه‌های هم محور α - منیزیم همراه با ترکیبات بین فلزی Mg۱۷Al۱۲ در زمینه می‌باشد. نتایج حاصل از آزمون کشش نشان داد که بیشترین مقدار استحکام کششی (۱۶۰ مگاپاسکال) مربوط به سرعت چرخشی ۲۵۰۰ دور بر دقیقه و زاویه پین ۱ درجه می‌باشد. همچنین مشخص شد که سرعت چرخشی ۸۰۰ دور بر دقیقه همراه با سرعت پیشروی ۳۲ میلیمتر بر دقیقه جهت جوشکاری نمونه‌های AZ۹۱ به تیتانیوم خالص تجاری مناسب نبوده بطوری‌که این نمونه‌ها در حین فرایند آماده‌سازی دچار شکست شدند. از طرفی مشاهده شد که افزایش زاویه ابزار نسبت به قطعه کار در ابتدا منجر به افزایش استحکام قطعه از ۱۴۱ مگاپاسکال به ۱۶۰ مگاپاسکال شده و سپس تا ۱۳۲ مگاپاسکال کاهش می‌یابد. از طرف دیگر نتایج حاصل از آزمون سختی سنجی ویکرز نشان داد که عدد سختی منطقه جوش به طور میانگین برابر ۱۷۳ ویکرز بوده  و از سختی آلیاژ AZ۹۱ (۶۱ ویکرز) بیشتر و به سختی آلیاژ تیتانیوم (۱۶۷ ویکرز) نزدیک می‌باشد.

در این تحقیق، بهینه‌سازی قابلیت شبکه عصبی مصنوعی (ANN) به‌منظور پیش‌بینی استحکام کششی و ازدیاد طول نسبی اتصالات ایجاد شده بر Al-۵۰۸۳ توسط فرایند جوشکاری همزنی اصطکاکی (FSW) مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور با تغییر پارامترهای موثر بر کارایی ANN از قبیل تعداد لایه‌ها و تعداد نورون‌های لایه‌های مخفی، نوع تابع انتقال بین لایه‌ها، الگوریتم یادگیری و غیره، شبکه عصبی کارآمد برای پیش‌بینی خواص کششی اتصالات FSWed-Al-۵۰۸۳ تعیین گردید. بررسی‌های انجام شده آشکار نمود که شبکه عصبی پرسپترون با دو لایه پنهان و تعداد ۱۷ نورون، الگوریتم آموزش لونبرگ-مارکوارت و تابع انتقال Logsig برای لایه‌های میانی و تابع تبدیل Tansig برای لایه خروجی، کارآمدترین شبکه عصبی برای پیش‌بینی مورد نظر است. شبکه مذکور دارای ساختار بهینه براساس کمینه مقدار خطای میانگین مربعات ۰۵/۰، بیشینه ضریب همبستگی کل ۹۳/۰ و رگرسیون خط با زاویه ۴۵ درجه بین مقادیر واقعی و پیش‌بینی شده می‌باشد. در نتیجه این شبکه از کارایی مطلوبی برای آموزش، تعمیم و برآورد استحکام کششی و ازدیاد طول نسبی Al-۵۰۸۳ اتصال FSW داده شده برخوردار است.

آلیاژهای  آنتروپی بالا بدلیل دارا بودن خواص عالی به ویژه برای کاربرد به عنوان فلزات پرکننده در لحیم‌کاری سخت مناسب هستند. در مطالعه حاضر، سه پودر با ترکیب CoxCrxCuxFexMnxNix (X درصد اتمی عنصر) با استفاده از ضوابط این آلیاژها و همچنین نرم افزار JMATPRO طراحی گردید. مرحله بعد با استفاده از آلیاژسازی مکانیکی، نانو پودر پرکننده سنتز شد و توسط آزمون آنالیز اشعه ایکس (XRD) مشخصه‌یابی و اثر ترکیب پرکننده بر رفتار حرارتی آلیاژ، مطالعه شد. سپس پرکننده در لحیم‌کاری سخت سوپر آلیاژ اینکول ۶۰۰ مورد استفاده قرار گرفت، رفتار انجماد تک فازی و عدم وجود بور و سیلیکون در پرکننده آنتروپی بالا منجر به ایجاد یک ریزساختار پیوسته بدون اجزای یوتکتیک یا فازهای شکننده در فصل مشترک لحیم‌کاری سخت گردید. بدین ترتیب آزمون استحکام برشی انجام شده وMPa  ۵۴۵ در بین سه ترکیب پرکننده، بالاترین استحکام برشی بود که بدست آمد. در لحیم‌هایی که از فلز پرکننده معمولی استفاده می‌کنند، انجماد همدما ناقص و متعاقب آن انجماد حرارتی مایع باقی‌مانده منجر به ایجاد فازهای شکننده می‌شود که در سراسر ریزساختار توزیع می‌شوند. عدم استفاده از ترکیبات پایین آورنده نقطه ذوب در پرکننده با هدف اتصال سوپر آلیاژ پایه نیکل، گامی مهم در کاهش فرایندهای بعدی لحیم‌کاری تلقی می‌شود.

در این پژوهش به بررسی پارامترهای دما و زمان بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس فولاد PH۴-۱۷ و آلیاژ Ti-۶Al-۴V با فلزپرکننده BNi-۲ و به روش لحیمکاری سخت پرداخته می‌شود. ریزساختار اتصال با میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی و خواص مکانیکی اتصال نیز با تست کشش - برش و میکروسختی مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. مشاهده می‌شود که در دمای ثابت C°۱۰۵۰، افزایش زمان از ۱۵ به ۳۰ دقیقه باعث کاهش استحکام برشی از ۶۶/۳۴ به ۳۹/۲۹ مگاپاسکال می‌شود. وجود ترکیبات ترد بین فلزی مانند  NiTi۲ و FeTi۲، باعث شکست ترد و کاهش استحکام می‌شوند. در زمان ثابت ۱۵ دقیقه، افزایش دما باعث می‌شود که استحکام از ۶۶/۳۴ به ۴۶/۳۸ مگاپاسکال افزایش یابد. همچنین افزایش دما– زمان باعث افزایش پهنای ISZ تشکیل شده در اتصالات در سمت فلزپرکننده Ti-۶Al-۴V از ۴۰/۴۱ به ۴۸/۸۱ میکرون می‌شود. افزایش دما– زمان همچنین موجب نفوذ بیشتر بور به فصل مشترک فولاد– فلزپرکننده شده که ترکیبات بورایدی مختلفی را تشکیل می‌دهد و باعث عریض‌تر شدن این ناحیه می‌شود.

در این مقاله، خواص مکانیکی اتصال فاز مایع گذرا (TLP) بین Hastelloy X به ترکیب بین فلزیNi_۳Al در محدوده دمایی ۹۰۰-۸۰۰ مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار اتصال توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی مطالعه شد. همچنین جهت بررسی تغییرات فازی در دماهای مختلف نیمه اتصال، از آزمون XRD دما بالا بهره گرفته شد. طبق مشاهدات میکروسکوپی، مقطع اتصال از سه منطقه متأثر از نفوذ، انجماد همدما و انجماد غیر همدما تشکیل شده بود که با افزایش دما و زمان فرایند، ناحیه انجماد همدما متشکل از محلول جامد غنی از نیکل در عرض ریزساختار گسترش یافت. استحکام اتصال بهینه در دمای °C۱۱۰۰ و زمان ۱۸۰ دقیقه برابر با ۴,۵ ± ۳۵۵ مگاپاسکال به دست آمد. استحکام برشی گرم در دماهای ۸۰۰ و ۹۰۰ به ترتیب به ۱ ± ۳۶.۵ و ۱ ± ۲۰.۵ مگاپاسکال اندازه گیری شد. شکست در سمت ترکیب بین فلزی در هر دو دمای آزمون به علت حضور حفرات انقباضی در حین مرحله انجماد ترکیب بین فلزی رخ داد.

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.

نیاز گسترده و روزافزون جامعه به ساختمان و سازه، ضرورت استفاده از روش‌های ساخت جدید به منظور افزایش سرعت ساخت، سبک‌سازی، افزایش عمر مفید و نیز مقاوم نمودن ساختمان‌ها در برابر زلزله را بیش از پیش مطرح ساخته است. روش‌های جدید، در دراز مدت موجب بهینه‌سازی سازه، افزایش ساخت و رسیدن به شرایط اجرایی مطلوب خواهد شد. نیاز روز افزون جوامع بشری به سازه‌های خاص توسط فناوری جدید بیشتر از پیش احساس می‌شود. ساخت افزایشی برپایه جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ به عنوان یکی از روش‌های ساخت سریع و کم‌هزینه برای سازه‌های اولیه فلزی است. بدین منظور سه پارامتر ولتاژ، سرعت تغذیه سیم و سرعت جوشکاری به ‌عنوان پارامترهای تأثیرگذار بر عرض و ارتفاع گرده جوش به عنوان پارامترهای خروجی در نظر گرفته شده‌اند. برای بررسی اثرات فرایند، ۱۶ آزمایش با پارامتر ورودی مورد ارزیابی قرار گرفت. با انجام آزمایش‌های تجربی نتایج عرض و ارتفاع گرده جوش تعیین شد. سپس هندسه جوش حاصله به سه روش مدل‌سازی عددی که شامل ماشین یادگیری شدید، ماشین بردار ارتباط و منطق فازی مدل‌سازی شده است. مقایسه بین داده‌های تجربی و خروجی سه مدل ایجادی نشان می‌دهد که نزدیک‌ترین نتایج به داده‌های تجربی هندسه جوش از روش‌های مدل‌سازی، منطق فازی دارا بوده است. به گونه‌ای که داده‌های آزمون مدل فازی ایجادی، خطای میانگین برای ارتفاع و عرض به ترتیب ۶۶۷/۰ و ۵۴۷۷/۰ و جذر میانگین مربعات برای ارتفاع و عرض ۰۰۴۶/۰ و ۳/۰ بدست آورده که بیان‌کننده قابلیت تعمیم و اطمینان بالا نسبت به دیگر روش مدل‌سازی در این فرایند است. در نهایت نمونه فلزی سازه خاص مبتنی برساخت افزایشی قوس و سیم برپایه جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ تولید شد.

در این مطالعه به بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرمشابه جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی فولاد AISI ۴۳۰ و فولاد S۵۰۰ MC پرداخته شد. برای انجام این پژوهش از آرایه L۹ تاگوچی برای مشخص شدن تعداد نمونه‌ها و تعیین محدوده متغیرهای هر نمونه استفاده شد و پس از جوشکاری نمونه‌ها و انجام آزمون کشش برشی، نمونه‌ای که دارای بیشترین استحکام کشش برشی(۱۳۷۴۰ نیوتن) و بیشترین مقدار انرژی شکست(۱۰۲۱۶۰ژول) بود، به عنوان بهترین نمونه در نظر گرفته شد؛ همچنین متغیرهای این نمونه یعنی جریان جوشکاری ۱۲ کیلووات، زمان جوشکاری ۱۲ سیکل و نیروی الکترود ۳ کیلو نیوتن دارای بیشترین مقادیر سیگنال به نویز بودند و این مقادیر جز بهترین محدوده متغیرها در بین متغیرهای پیشنهادی انتخاب شدند. سپس بر روی نمونه جوشکاری شده با متغیرهای فوق، آزمون میکروسختی انجام شد و مطالعات ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شدند. سختی ناحیه جوش حدود ۴۰۰ ویکرز مشاهده شد و ریزساختار فلزجوش از فریت، مارتنزیت و فریت ویدمن اشتاتن تشکیل شده بود.

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر عملیات حرارتی فرا پیرسازی دو مرحله ای بر ریزساختار و رفتار خوردگی حفره‌ای ناحیه اتصال فولاد زنگ نزن ۱۷-۴PH می‌باشد. بدین منظور این فولاد پیش از جوشکاری تحت عملیات حرارتی آنیل انحلالی در دمای ۱۰۳۵ درجه سانتی‌گراد به مدت یک ساعت قرار گرفت. سپس جوشکاری قوس تنگستن-گاز (GTAW) به وسیله فلزپرکننده هم جنس ER۶۳۰ انجام شد. پس از آن، بخشی از قطعه جوشکاری شده، تحت عملیات حرارتی فراپیرسازی دو مرحله ای قرار گرفت. ریزساختار و مقاومت به خوردگی ناحیه جوش، پس از عملیات فراپیرسازی دو مرحله‌ای، مورد بررسی و آزمون قرار گرفت و  با رفتار جوش در حالت as-weld مقایسه گردید. بررسی‌‌های ریزساختاری نشان داد که فراپیرسازی دو مرحله‌ای ناحیه جوش منجر به تمپر شدن ریزساختار مارتنزیتی و تشکیل آستنیت برگشتی بیشتر و نیز تشکیل فریت α گردید. کسر حجمی آستنیت موجود در فلزجوش در حالت as-weld از حدود %۷ به حدود ۳۰% در حالت فراپیرسازی دو مرحله‌ای رسید که افزایش بیش از ۴ برابری را نشان می‌دهد. در حالت as-weld پتانسیل حفره دار شدن (EPit) فلزجوش مقدار mv۱۵/۱۸- را نشان داد که در مقایسه با حالت فراپیرسازی دو مرحله‌ای با پتانسیلmv۵۴/۱۲۲، کاهش قابل توجه حساسیت به خوردگی حفره‌ای با انجام فراپیرسازی دو مرحله‌ای را نشان می‌دهد. همچنین عملیات حرارتی فراپیرسازی دو مرحله‌ای نشان داد که اختلاف پتانسیل‌های خوردگی نواحی مختلف جوش کاهش یافته که موجب کاهش خوردگی گالوانیکی می‌شود. ارزیابی رفتار مکانیکی توسط آزمون مقاومت به ضربه مشخص کرد که ناحیه جوش در حالت فراپیرسازی دو مرحله‌ای مقاومت به ضربه بیشتری نسبت به حالتas-weld داشته و افزایش۶۶ درصدی را نشان داد.

 

هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای اتصال نفوذی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد مارتنزیتی ۴۱۸ به سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ با استفاده از لایه واسط نیکل خالص با ضخامت ۵۰ میکرومتر می‌باشد. آزمایش‌ها در کوره خلاء در سه دمای ۱۰۵۰،۱۰۰۰ و ۱۱۵۰ درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان‌ ۴۵ ، ۶۰ ، ۷۵ و ۹۰ دقیقه و تحت فشار ۵ مگاپاسکال انجام پذیرفت. نتایج نشان می‌دهد که حفره‌ها و نواحی بدون پیوند در نمونه‌هایی‌که در دمای پایین‌تر (۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) به هم متصل شده‌اند دیده می‌شوند. با افزایش دمای اتصال از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد به ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد، تمام ناپیوستگی‌های میکرو از بین رفته‌اند که نشان می‌دهد تغییر شکل میکروپلاستیک زبری‌ها بهبود یافته است. سپس با افزایش دما به ۱۱۵۰ درجه سانتی‌گراد، نواحی بدون پیوند در اتصال مشاهده می‌شوند  که به علت کاهش فشار اعمالی از سوی فیکسچر بر روی سطوح در تماس به علت افزایش دما می‌باشد. هنگام استفاده از نیکل خالص به‌عنوان لایه واسط، در سمت سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ ترکیباتی بین فلزی [γ' [Ni۳Al, Ti در فاز زمینه γ تشکیل می‌شوند در حالی‌که در سمت فولاد مارتنزیتی۴۱۸ ترکیبات مخلوط فازی FeNi۳ و (γFe,Ni) γ تشکیل می‌شوند. با توجه به نتایج آنالیز اسکن خطی، شیب و نفوذ عناصر در سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ کمتر از فولاد مارتنزیتی ۴۱۸ می‌باشد که نشان دهنده‌ نفوذ کمتر در سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ است. در نمونه جوشکاری شده در دمای۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد و زمان ۹۰ دقیقه، میزان نفوذ لایه نیکل در فولاد مارتنزیتی ۴۱۸ برابر ۴۰ میکرومتر و در سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ برابر ۳۵ میکرومتر می‌باشد. با مقایسه بیشینه سختی می‌توان نتیجه گرفت اتصال در شرایط دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد و زمان ۹۰ دقیقه از بیشینه سختی کمتری نسبت به دیگر نمونه‌ها برخوردار است، لذا می‌توان نتیجه گرفت که از لحاظ ترکیبات بین‌فلزی از شرایط بهتری نسبت به سایر نمونه‌ها برخوردار است. بیشترین مقدار استحکام برشی در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد و زمان ۹۰ دقیقه به میزان ۲۷۰ مگاپاسگال بدست آمد.

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 ریزساختار فصل‌مشترک اتصال جوشکاری انفجاری سه لایه فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۲۱- آلومینیوم ۱۰۵۰ - آلومینیوم ۵۰۸۳ با دو فاصله توقف ۶ و ۷۵/۶ میلی‌متر، قبل و بعد از عملیات‌حرارتی بررسی شد. عملیات‌حرارتی نمونه‌های جوشکاری شده در دماهای C◦۲۵۰و ۳۵۰ برای زمان‌های۱۰۰۰، ۳۰۰۰ و ۱۰۰۰۰ ثانیه، انجام شد. بررسی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج نشان داد که در همه شرایط فصل‌مشترک آلومینیوم ۵۰۸۳- آلومینیوم ۱۰۵۰ به صورت مسطح و با ساختار بدون نقص است. با افزایش فاصله توقف، فصل‌مشترک فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۲۱- آلومینیوم ۱۰۵۰ از حالت صاف به حالت موجی تبدیل شده و همچنین متوسط ضخامت لایه فصل‌مشترک از ۹۵/۴ به ۷/۶ میکرون افزایش می‌یابد. در حین عملیات حرارتی، ضخامت لایه فصل‌مشترک متناسب با سینتیک نفوذ افزایش می‌یابد و در بیشترین مقدار به ۵۶/۱۸ و ۰۲/۱۵ میکرون به‌ترتیب برای نمونه با فاصله توقف ۷۵/۶ و ۶ میلی‌متر می‌رسد. برای نمونه با فاصله توقف ۷۵/۶ و ۶ میلی‌متر مقادیر انرژی محرکه نفوذ به‌ترتیب ۶/۴۶ وkJ/mol ۴/۴۲ و مقادیر ثابت نفوذ به ترتیب ۲/۱۴۲و ms-۱ ۳/۴۵ محاسبه شد.

امروزه با پیشرفت روز افزون تکنولوژی، تقاضا برای کوچک‌سازی وسایل الکترونیکی بیشتر از پیش مورد نیاز است. قرارگیری اتصالات الکترونیکی جدید در شرایط دمایی خزشی به دلیل نقطه ذوب پایین لحیم‌ها و همین‌طور دانسیته جریان بالا چالش‌هایی مانند مهاجرت الکترونی و حرارتی به وجود آورده است. لذا اخیراً آلیاژسازی و کامپوزیت‌سازی جهت بهبود مقاومت به مهاجرت الکترونی اتصالات الکترونیکی به کار گرفته شده است. در این پژوهش سعی بر آن شد با کامپوزیت سازی آلیاژ لحیم بدون سرب SAC۰۳۰۷ با استفاده از میکروذرات کبالت، مقاومت به مهاجرت الکترونی بهبود یابد. حضور کبالت در ترکیب بین فلزی فصل مشترکی باعث پایداری بیشتر ترکیب بین فلزی فصل مشترکی و جلوگیری از کاهش ضخامت ترکیب بین فلزی فصل مشترکی در طی زمان آزمون مهاجرت الکترونی می‌شود؛ درنتیجه پایداری و برقراری اتصال الکترونیکی نمونه لحیم‌کاری شده با آلیاژ لحیم کامپوزیتی بیشتر از آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی است. از طرفی دیگر، به دلیل ساختار ریزدانه و افزایش چگالی مرزدانه‌ها در آلیاژ لحیم کامپوزیتی، مکانیزم نفوذ شبکه ای در آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی به مکانیزم نفوذ مرزدانه تغییر یافته است؛ در نتیجه به دلیل مصرف اتم‌های مس شارش یافته از سمت کاتد به آند توسط ترکیبات بین فلزی موجود در مرزدانه‌ها، در آلیاژ لحیم کامپوزیتی طی زمان آزمون مهاجرت الکترونی غیریکنواختی ریزساختاری مشاهده 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.

اتصال غیرهمجنس آلومینا به مس با فلزات پرکننده فعال Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%۳,۵Zr با استفاده از فرایند لحیم-کاری سخت القایی بترتیب در دماهای ۸۴۰ و ۸۶۰ درجه سانتی گراد به مدت ۱۵ دقیقه انجام شدند. ریزساختار اتصالات با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. برای ارزیابی خواص مکانیکی از آزمون ریزسختی ویکرز و آزمون استحکام کشش برشی استفاده شد. بررسی های ریزساختاری نشان داد که اتصال Al۲O۳/Cu با استفاده از پرکننده های Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%۳.۵Zr منجر به تشکیل یک لایه واکنشی در فصل مشترک آلومینا و فلز پرکننده می شود. در لایه‌ی واکنشی اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn، دو فاز TiO و Cu۳Ti۳O و در اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%۳.۵Zr دو فاز TiO و ZrO۲ مشاهده شد. نتایج آزمون استحکام برشی نشان داد که به دلیل ضخامت بیشتر فلز پرکننده و ضخامت کمتر لایه واکنشی، اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%۳.۵Zr استحکام برشی (۱۴MPa) بالاتری نسبت به اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn (۹MPa) دارد.