مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

هدف از تحقیق حاضر مطالعه رفتار ذوب‌شدگی و انجماد مجدد مذاب، حین جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه‌ای آلیاژ AZ۹۱ است. با وجود آن که جوشکاری همزن اصطکاکی به عنوان یک فرایند حالت جامد مطرح است اما عدم انحلال ترکیبات بین فلزی Mg_۱۷Al_۱۲ حین فرایند جوشکاری در این آلیاژ منجر به وقوع ذوب‌شدگی می‌شود. در این تحقیق جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه‌ای در سرعت چرخشی ۲۵۰۰ دور بر دقیقه و زمان ماند ۵ ثانیه انجام شد. از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی به منظور بررسی‌های ریزساختاری استفاده شد. نتایج نشان داد که شروع ذوب‌شدگی با ذوب شدن یوتکتیک باقی‌مانده، از داخل و لبه‌های بیرونی رسوبات یوتکتیکی اتفاق افتاده است. با حرکت به سمت منطقه همزده‌شده، یک لایه مذاب در امتداد مرز دانه تشکیل شده است. ساختار حاصل از انجماد مجدد به صورت ساختار کامپوزیتی فازα-Mg  در زمینه γ-Mg_۱۷Al_۱۲ است. همچنین نتایج نشان داد مورفولوژی یوتکتیک حاصل از انجماد مجدد به سرعت سرمایش ارتباط دارد. با افزایش سرعت سرمایش در موقعیت رسوبات یوتکتیکی، مورفولوژی یوتکتیک از حالت دانه‌ای به الیافی تغییر می­کند. همچنین مذاب موجود در مرز دانه با مورفولوژی یوتکتیک تفکیک‌شده منجمد می­شود.
 

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تغییرات سرعت چرخشی و پیشروی ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال در جوشکاری همزن اصطکاکی آلومینیم ۱۰۵۰ و فولاد زنگ نزن L۳۱۶ است. به همین منظور کیفیت اتصال، ریزساختار، ضخامت و نوع ترکیبات بین‌فلزی، آزمون سختی و کشش بر روی اتصال مورد بررسی قرار گرفت. انتخاب مناسب پارامترهای جوشکاری باعث به وجود آمدن اتصال با خواص متالورژیکی و مکانیکی مناسب می شود. در این تحقیق، دو سرعت چرخشی rpm ۵۶۰ و ۹۰۰ و چهار سرعت پیشروی mm/min۶۰، ۸۰، ۱۰۰ و ۱۲۵ به عنوان پارامترهای متغیر انتخاب شدند. ریزساختار از چهار ناحیه فلزپایه، ناحیه متأثر از حرارت، ناحیه تحت تأثیر عملیات ترمومکانیکی و ناحیه همزده تشکیل شد. در تمامی نمونه‌ها منطقه همزده شامل ریزساختار تبلورمجدد یافته با دانه‌بندی ریز هم‌محور بود. با توجه به نتایج آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس مشخص شد که لایه تشکیل شده در فصل مشترک اتصال، ترکیب بین‌فلزی است. سختی ناحیه همزده در تمامی نمونه‌ها به دلیل تشکیل دانه‌های ریز هم‌محور تبلورمجدد یافته و وجود ذرات فولادی بالاتر از فلز پایه آلومینیم بود. بهترین نمونه از لحاظ خواص مکانیکی، ریزساختاری و کیفیت اتصال در شرایط سرعت چرخشی r‏pm  ۹۰۰ و سرعت پیشروی mm/min  ۱۲۵ به دست آمد که مقدار استحکام برابر ۸۴ مگاپاسکال با بازده %۷۷ بود.

 

در این پژوهش، تأثیر پودر نیکل به عنوان لایه واسط و عمق نفوذ ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات لب‌روی‌هم ورق آلومینیم ۱۰۵۰ (ورق فوقانی) و مس خالص (ورق تحتانی) هر دو به ضخامت ۲ میلیمتر بررسی شده است. جهت اضافه نمودن پودر نیکل از یک شیار تراشیده شده به عرض و عمق ۱ میلیمتر در کف ورق آلومینیم استفاده گردید. جوشکاری همزن اصطکاکی لب‌روی‌هم با استفاده از ابزار فولاد گرم‌کار با قطر شانه، قطر و ارتفاع پین به ترتیب برابر با ۱۶، ۴ و ۱/۲ میلیمتر، سرعت چرخش ابزار ۹۵۰ دور بر دقیقه، سرعت پیشروی ابزار ۸۵ میلیمتر بر دقیقه، زاویه ابزار ۲ درجه و عمق نفوذ ابزار متفاوت برابر با صفر، ۰۵/۰ و ۱/۰ میلیمتر انجام شد. نتایج نشان داد که در نمونه‌ای با عمق نفوذ صفر، به دلیل عدم تولید حرارت کافی و تغییرشکل پلاستیک مناسب و متعاقب آن ایجاد عیوبی مانند نقص‌های تونلی اتفاق افتاد. با افزایش عمق نفوذ ابزار به ۰۵/۰ میلیمتر، ترکیبات بین‌فلزی Al۳Ni۲، Al۷Cu۴Ni و Cu۳,۸Ni به صورت یکنواخت و نازک در ناحیه فصل مشترک تشکیل شده و منجر به بهبود کیفیت اتصال و افزایش استحکام کششی تا ۲/۱۸۵ مگاپاسکال و کرنش شکست ۷/۸ درصد شد. در نمونه‌ای با عمق نفوذ ۱/۰ میلیمتر، ترکیبات بین‌فلزی ضخیم‌تر تشکیل شدند که با وجود افزایش سختی موضعی، منجر به کاهش استحکام کششی و کرنش شکست به ترتیب به ۶/۱۳۶ مگاپاسکال و ۷/۶ درصد گردید. این مطالعه نشان می‌دهد که در شرایط تهیه نمونه‌های جوشکاری در تحقیق حاضر، عمق نفوذ ۰۵/۰ میلیمتر بهینه‌ترین شرایط را برای جوشکاری همزن اصطکاکی لب روی هم آلومینیم-مس در حضور پودر نیکل فراهم می‌کند.

در پژوهش حاضر به بررسی خواص مکانیکی و ریزساختار ورق‌های فولاد زنگ نزن گرید L۳۱۶ جوش داده شده به روش جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای با استفاده از لایه واسط مس پرداخته شد. در همین راستا دو حالت، یکی بدون استفاده از لایه واسط و دیگری با استفاده از لایه واسط مس در جریان‌های مختلف اتصال داده شدند. به منظور انتخاب جریان بهینه برای هر دو نوع اتصال ابتدا آزمون کشش انجام شد. پس از آن بررسی‌های ریزساختاری، ارزیابی‌های ریزسختی، توزیع عنصری و حالت شکست بر روی نمونه‌های بهینه انجام شد. بنابر نتایج بدست آمده با افزایش جریان الکتریکی حرارت ورودی در حوضچه جوش تا حد مناسبی بالا رفته و خواص مکانیکی با ریزتر شدن دانه‌های ناحیه جوش بهبود یافته است. همچنین بدلیل بهینه بودن جریان الکتریکی در هر دو نمونه "با و بدون" لایه واسط، هر دو نمونه دچار شکست محیطی شدند که نشان از استحکام بالای فصل مشترک و نقطه جوش آن‌ها دارد. تغییرات ترکیب شیمیایی در نواحی مختلف جوش ناچیز بوده و توزیع عناصر در تمامی نواحی یکنواخت گزارش شد. همچنین بیشترین سختی با حرکت از سمت فلز پایه به سمت مرکز جوش به فلز جوش اختصاص داشت و سپس به ترتیب فلز پایه و ناحیه متاثر از حرارت قرار داشتند. با نتایج بدست آمده از بررسی‌های ریزساختاری نیز مطابقت داشت.