مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

مطالعه حاضر بهینه‌سازی خواص مکانیکی و ریزساختاری جوشکاری لیزر ابر آلیاژ پایه کبالت هاینس 25 (L-605) 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 328 ویکرز می‌باشد که به سختی ماده اصلی بسیار نزدیک است. استحکام کششی نمونه‌های جوش به حدود %93 و%94 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 321- آلومینیوم 1050 - آلومینیوم 5083 با دو فاصله توقف 6 و 75/6 میلی‌متر، قبل و بعد از عملیات‌حرارتی بررسی شد. عملیات‌حرارتی نمونه‌های جوشکاری شده در دماهای C◦250و 350 برای زمان‌های1000، 3000 و 10000 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 5083- آلومینیوم 1050 به صورت مسطح و با ساختار بدون نقص است. با افزایش فاصله توقف، فصل‌مشترک فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 321- آلومینیوم 1050 از حالت صاف به حالت موجی تبدیل شده و همچنین متوسط ضخامت لایه فصل‌مشترک از 95/4 به 7/6 میکرون افزایش می‌یابد. در حین عملیات حرارتی، ضخامت لایه فصل‌مشترک متناسب با سینتیک نفوذ افزایش می‌یابد و در بیشترین مقدار به 56/18 و 02/15 میکرون به‌ترتیب برای نمونه با فاصله توقف 75/6 و 6 میلی‌متر می‌رسد. برای نمونه با فاصله توقف 75/6 و 6 میلی‌متر مقادیر انرژی محرکه نفوذ به‌ترتیب 6/46 وkJ/mol 4/42 و مقادیر ثابت نفوذ به ترتیب 2/142و ms-1 3/45 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 SAC0307 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 کربنیSt52 به سرمت کاربید تنگستن- کبالت با استفاده از لایه میانی مس با ضخامت 50 میکرومتر مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور نمونه‌هایی در دمای 1100 درجه سانتی‌گراد و زمان‌های نگهداری 1، 15، 30 و 45 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 1 و 15 دقیقه فاز η ایجاد نگردید در حالی‌که با افزایش زمان اتصال به 30 و نهایتا 45 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 1100 ویکرز و کمترین سختی مربوط به فلزپایه فولادی و حدود 220 ویکرز بود. همچنین حداکثر استحکام کششی برشی مربوط به نمونه متصل شده در زمان 15 دقیقه و حدود 180 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-%3.5Zr با استفاده از فرایند لحیم-کاری سخت القایی بترتیب در دماهای 840 و 860 درجه سانتی گراد به مدت 15 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 Al2O3/Cu با استفاده از پرکننده های Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr 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 Cu3Ti3O و در اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr دو فاز TiO و ZrO2 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-%3.5Zr استحکام برشی (14MPa) بالاتری نسبت به اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn (9MPa) دارد.