مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

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، 16 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 667/0 و 5477/0 و جذر میانگین مربعات برای ارتفاع و عرض 0046/0 و 3/0 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.

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.