فهرست مطالب

مجله علوم و فناوری جوشکاری ایران
سال هشتم شماره 2 (پیاپی 15، پاییز و زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/14
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمدمهدی تقوائی*، مرتضی شمعانیان، بهزاد نیرومند، حسین مستعان صفحات 1-12

    اتصال سوپر آلیاژ پایه نیکل 276Hastelloy C به فولاد زنگ‏نزن آستنیتی 316AISI با استفاده از لایه واسط 2-BNi توسط فرایند فاز مایع گذرا (TLP) در دمای 1150 درجه سانتی ‏گراد و زمان ‏های 5 و 30 دقیقه انجام شد. ریزساختار اتصال با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) موردمطالعه قرار گرفت. برای ارزیابی خواص مکانیکی از آزمون سختی ویکرز و آزمون استحکام کشش برشی استفاده شده است. بررسی‏ های ریزساختاری نشان داد که در زمان‏ های اتصال 5 و 30 دقیقه انجماد همدما به صورت کامل تشکیل شده و خط مرکزی اتصال عاری از هرگونه ترکیبات بین فلزی یوتکتیک است. همچنین یافته‏ ها نشان داد که منطقه DAZ سوپر آلیاژ 276C Hastelloy حاوی بوریدهای غنی از Ni، Cr، Mo و W و منطقه DAZ فولاد زنگ نزن آستنیتی 316AISI حاوی بوریدهای غنی از Fe، Cr و Ni است.

    کلیدواژگان: اتصال فاز مایع گذرا، سوپر آلیاژ Hastelloy C276، فولاد زنگ نزن AISI316، ریزساختار، انجماد همدما
  • علی پورجعفر، رضا دهملایی*، سید رضا علوی زارع، خلیل رنجبر، محمدرضا توکلی شوشتری صفحات 13-21

    در این پژوهش تاثیر دما بر ریزساختار و لایه واکنشی در فصل مشترک لایه میانی Ti و فلز پایه مربوط به اتصال نفوذی آلیاژ زیرکونیوم 702 به فولاد کم آلیاژ A516 بررسی شد. اتصال  با استفاده از تکنیک اتصال نفوذی پلاسمای جرقه زن در دماهای 900، 950 و 1000 درجه سانتی گراد و مدت زمان 30 دقیقه انجام گردید. به منظور بررسی ریزساختار فصل مشترک اتصال از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مجهز به آنالیز EDS استفاده شد. بررسی های میکروسکوپی نشان داد که در همه دماها با وجود نفوذ متقابل اتم ها و تشکیل لایه واکنشی مناسب بین لایه میانی تیتانیوم و فلزپایه زیرکونیوم، هیچ گونه فاز بین فلزی، ترک، حفره و ناپیوستگی در فصل مشترک آن ها تشکیل نگردیده است. در فصل مشترک اتصال سه فاز محلول جامد (a+b)(Zr,Ti) وb(Ti,Zr)  وa(Ti,Zr) شناسایی شدند. مشخص گردید که با افزایش دمای اتصال، فازها و ترکیبات جدید در فصل مشترک تشکیل نگردیده ولی ضخامت لایه واکنشی افزایش یافته است. اندازه گیری ضخامت لایه واکنشی نشان داد که بیشترین میزان نفوذ معادل  84 میکرون در دمای  oC1000 و کمترین میزان  نفوذ معادل 64 میکرون در دمای  oC900 صورت گرفته است.

    کلیدواژگان: اتصال نفوذی، لایه میانی، فصل مشترک نفوذ، لایه واکنشی، Zr702، تکنیک SPDB
  • نورالله طاهری مقدم، امین ربیعی زاده*، علی خسروی فرد، لاله قلندری صفحات 23-35

    علی رغم گسترش کاربردهای آلیاژهای آلومینیم در بخش های مختلف صنعت، مشکل مشترک آن ها سختی اتصال غیرهمجنس این آلیاژها به روش جوشکاری می باشد. بر این اساس، هدف اصلی این پژوهش ارزیابی خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس آلیاژهای آلومینیم عملیات حرارتی پذیر 6061 و عملیات حرارتی ناپذیر 5083 به روش جوشکاری قوس تنگستنی با گاز محافظ و یافتن ارتباط آن با ریزساختار می باشد. به منظور ارزیابی دقیق تر نتایج و مقایسه منطقی آن ها، اتصال های همجنس نیز اجرا و مشخصه یابی شد. برای بررسی خواص مکانیکی و ریزساختاری، کیفیت جوش ایجاد شده پس از تایید سلامت اتصال توسط آزمون های غیرمخرب، توسط آزمون های مخرب خمش، کشش، متالوگرافی و سختی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اتصال غیرهمجنس مطلوب تحت شرایط جریان پالسی 80-120 آمپر، ولتاژ 20 ولت، سرعت جوشکاری 15 سانتی متر بر دقیقه و فیلر 5356 ایجاد گردید. لازم به ذکر است که بالاترین راندمان اتصال، برای اتصال غیرهمجنس بدست آمد که با کنترل دقیق پارامترهای جوشکاری و عدم تشکیل عیوب، تنها 36% افت استحکام نسبت به فلز پایه مشاهده گردید. تصاویر متالوگرافی نشان داد که، عامل اصلی افت استحکام برای اتصال همجنس 5083 تشکیل ترک گرم در ساختار دندریتی فلز جوش و برای اتصال همجنس 6061 تشکیل تخلخل های بسیار در ناحیه فلز جوش است.

    کلیدواژگان: اتصال غیرهمجنس، آلیاژهای آلومینیم، جوشکاری قوس تنگستن، راندمان اتصال، ریزساختار
  • غلامرضا خلج*، ابراهیم اسدیان صفحات 37-52

    در این مقاله ریزساختار و خواص مکانیکی فصل مشترک فولاد ساده کربنی - برنز جوشکاری انفجاری و نورد شده بررسی شد. اتصال انفجاری در دو فاصله توقف و با دو ضخامت ماده انفجاری مختلف انجام شد. نورد کامپوزیت جوش شده در دو دمای محیط و پیش گرم 300 درجه و با کاهش ضخامت ثابت 33.3% انجام گرفت. نتایج نشان داد فصل مشترک موجی اتصال فولاد- برنز، شامل بخشهای مختلفی است. با انجام نورد، فصل مشترک اتصال، کشیده و مسطح شده و مناطق گردابه ای به هم فشرده شده و در مواردی وارد زمینه فولادی شده است. ذرات فولاد جدا شده از زمینه در امتداد تاج موج و به صورت جزیره های مجزا در زمینه برنز باقی مانده است. از طرفی در مناطق مجاور گردابه ها، بخشی از فلز پرنده برنز در زیر موج گیرافتاده و  به صورت جزیره های جدا شده از زمینه برنز در داخل فولاد مشاهده شد. مناطق متخلخل در اثر نورد به صورت لایه های خرد شده و  فشرده شده  درآمده است. نیرو و دمای نورد، موانع نفوذ را تاحدی برطرف کرده و پیوند فلزی بین برنز و فولاد تشکیل شده است. حفره ها و تخلخل های انقباضی در حین اتصال، دراثر نورد به هم فشرده شده و مرزهای مجزا به یکدیگر نزدیک شده است.  اتصال انفجاری و نورد سرد موجب افزایش سختی در فصل مشترک شده  و نورد گرم منجر به کاهش سختی در فصل مشترک گردیده است.  در آزمایش سختی نمونه های جوشکاری به ترتیب بیشترین انرژی برخورد، مرتب می شوند. تاثیرات ناشی از پارامترهای جوشکاری، بعد از نورد سرد و گرم هم باقی می ماند و رتبه بندی سختی تغییر نمی کند.

    کلیدواژگان: جوش غیرهمنام، کامپوزیت، فصل مشترک، گردابه، سختی
  • صمد کاظمی، غلامحسین خلف، احمد افسری*، محمدجواد مرزبان صفحات 53-68

    کلدینگ فولاد ضد زنگ، یعنی تشکیل آلیاژ با ایجاد یک لایه نازک فولاد ضدزنگ بر روی یک فلز دیگر می باشد. در این پژوهش  یک لایه فولاد ضدزنگ آستنیتی SA240-TP316 بر روی فولاد SA516-GR60 پوشش داده شد. آزمایش هایی برای مقایسه خواص مکانیکی جوش فولاد ضد زنگ اولیه و فولاد کلد شده SA516-GR60 انجام گردید تا امکان پذیری جایگزینی پوشش ایجاد شده به جای فولاد زنگ نزن SA240-TP316 بررسی شود. بررسی نتایج آنالیز شیمیایی آلیاژ SA240-TP316 نشان می دهد روکش انجام شده دارای ترکیب شیمیایی شبیه به آلیاژ SA240 می باشد و با افزایش عمق، سختی فلز جوش و درصد کرم بیشتر و درصد مولیبدن در آلیاژ جوش کمتر شده است. مقایسه استحکام نهایی آلیاژ SA516 پس از کلد شدن و جوشکاری با آلیاژ پایه زنگ نزن SA240 نشان از بهبود استحکامهای کششی دارد. در حالت اول استحکام در محدوده 470 تا503 مگاپاسکال و در حالت دوم در محدوده 477 تا 570 مگاپاسکال تغییر می کند. بیشترین سختی در ناحیه متاثر از حرارت بدست آمده است. تست خمش نشان داد که خمش بدون ترک تا زاویه 180 درجه نشانه داکتیل ماندن فلز جوش می باشد. نتایج آزمایش ضربه نیز نشان دهنده قابلیت جذب انرژی مناسب بخصوص در حوالی ولتاژ 150 ولت می باشد.

    کلیدواژگان: جوشکاری، کلدینگ، خواص مکانیکی، فولاد ضدزنگ SA240-TP316، فولاد SA516-GR60
  • محمدرضا برهانی*، رضا شجاع رضوی، فرید کرمانی، محمد عرفان منش، مسعود برکت، حامد نادری سامانی، معین شهسواری صفحات 69-81

    هدف از انجام این پژوهش، روکش کاری لیزری پودرهای استلایت 6 و فولاد زنگ نزن PH4-17روی زیرلایه فولاد  زنگ نزن PH4-17 و بررسی ریزساختار انجمادی آن است. نتایج نشان داد ریزساختار پوشش استلایت6 دارای فاز زمینه محلول جامد کبالت با ساختار FCC و کاربیدهای Cr7C3 و Cr23C6 است. همچنین مقادیر فاصله دندریت اولیه و فاصله بازوی ثانویه دندریت با دور شدن از فصل مشترک کاهش یافته است؛ دلیل این موضوع مربوط به تفاوت سرعت سرد شدن در نقاط مختلف پوشش است. ریزساختار روکش فولاد زنگ نزن PH4-17 شامل فازهای مارتنزیتی، فریتی و آستنیتی است؛ با توجه به ترکیب شیمیایی یکسانی که زیرلایه با پوشش داشته، درصد وزنی عناصر ازجمله آهن، نیکل، کروم و مس از روکش به سمت فصل مشترک تغییری نداشته و بیانگر یکنواختی ترکیب شیمیایی پوشش و زیرلایه است. ریزسختی محاسبه شده برای روکش استلایت6 ، زیرلایه و پوشش فولاد  زنگ نزن PH4-17  به ترتیب در حدود  480 ، 350 و 350ویکرز است. دلیل بیشتر بودن ریزسختی پوشش، وجود کاربیدهای کروم (Cr7C3 و Cr23C6) تشکیل شده در زمینه کبالتی و زمینه محلول جامد کبالتی پوشش است.

    کلیدواژگان: روکش کاری لیزری، استلایت 6، زنگ نزن PH4-17، ریزساختار انجمادی، سختی
  • فرهاد هراتی، محمدامین جباره، سید مصطفی موسوی زاده* صفحات 83-95

    هدف از تحقیق حاضر مطالعه رفتار ذوب شدگی و انجماد مجدد مذاب، حین جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای آلیاژ AZ91 است. با وجود آن که جوشکاری همزن اصطکاکی به عنوان یک فرایند حالت جامد مطرح است اما عدم انحلال ترکیبات بین فلزی Mg17Al12 حین فرایند جوشکاری در این آلیاژ منجر به وقوع ذوب شدگی می شود. در این تحقیق جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای در سرعت چرخشی 2500 دور بر دقیقه و زمان ماند 5 ثانیه انجام شد. از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی به منظور بررسی های ریزساختاری استفاده شد. نتایج نشان داد که شروع ذوب شدگی با ذوب شدن یوتکتیک باقی مانده، از داخل و لبه های بیرونی رسوبات یوتکتیکی اتفاق افتاده است. با حرکت به سمت منطقه همزده شده، یک لایه مذاب در امتداد مرز دانه تشکیل شده است. ساختار حاصل از انجماد مجدد به صورت ساختار کامپوزیتی فازα-Mg  در زمینه γ-Mg17Al12 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 دانه ای به الیافی تغییر می کند. همچنین مذاب موجود در مرز دانه با مورفولوژی یوتکتیک تفکیک شده منجمد می شود.

    کلیدواژگان: جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای، ذوب جزئی، انجماد مجدد، ریزساختار
  • محمدمهدی جعفری، احمد افسری، احمد به گزین، شاهین حیدری* صفحات 97-112

    در این پژوهش خواص مکانیکی و تریبولوژی جوش حاصل از چهار نوع فلز پرکننده مختلف برروی فولاد-1.6959 از طریق جوش تیگ مورد بررسی قرار گرفت. فلزهای پرکننده مورد استفاده در این تحقیق شامل ER70S-6, ER80S-G, ER80S-Ni1 , ER80S-B2  بوده و ترکیبات شیمیایی نزدیک به فلز پایه دارند. به منظور بررسی خواص جوش و کیفیت اتصال، آزمون های کشش، ضربه، سختی و سایش  با استفاده از دستگاه های کشش و ضربه و سایش انجام شده و ساختار میکروسکوپی نیز توسط میکروسکوپ نوری مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل حاکی از آن است که تغییرات فازی و حضور عناصر آلیاژی مولیبدن و کروم، منجر تغییر در خواص اتصال جوش شده است. بیشترین وکمترین مقاومت به سایش به ترتیب در جوش حاصل از فلز پرکننده ER 80S-Ni1 و ER 70S-6 و بهترین کیفیت جوش و خواص مکانیکی با استفاده از فلز پرکننده ER 80S-B2 حاصل گردید و استحکام کششی نیز تا حدود 38 درصد نسبت به فلز پایه بهبود یافت.

    کلیدواژگان: قابلیت جوشکاری فولاد، خواص مکانیکی، تریبولوژی، فلزپرکننده، جوش تیگ
  • علی مهدوی شاکر، حسین مومنی، علی خرم*، علیرضا یزدی پور صفحات 113-125

    هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای جوشکاری پرتو الکترونی بر ریز ساختار و خواص  مکانیکی اتصال فولاد زنگ نزن رسوب سخت شونده 17-4PH و آلیاژ Ti-6Al-4V می باشد. برای این منظور، جوشکاری این دو آلیاژ بدون لایه واسط و با لایه میانی مس با ضخامت 8/0 میلی متر انجام شد. دو سرعت جوشکاری مختلف 7/0 و 9/0 متر بر دقیقه با چهار میزان انحراف پرتو (0، 2/0، 4/0 و 6/0 میلی متر) از مرکز لایه میانی به سمت فولاد برای انجام آزمایشات استفاده شد. نتایج نشان می دهد که در امتزاج مستقیم تیتانیوم و فولاد، ساختار اتصال متشکل از ترکیبات بین فلزی TiFeو TiFe2 +TiCr2 با سختی بالا (در حدود  900 ویکرز) می باشد. در اتصال تیتانیوم و فولاد با استفاده از لایه میانی مس، ساختار اتصال در حوضچه جوش و سطح مشترک حوضچه جوش و فولاد  شامل  محلول جامد مس و ترکیبات بین فلزی TiFe2 و در سطح مشترک حوضچه جوش و تیتانیوم شامل Ti+ Ti2Cu، TiFe می باشد. سختی منطقه جوش در نمونه های جوشکاری شده با لایه میانی مس در حدود 400 ویکرز می باشد. بیشترین میزان سختی در سطح مشترک حوضچه جوش و آلیاژ تیتانیوم و همچنین در سطح مشترک حوضچه جوش و فولاد مشاهده می شود که به سبب حضور ترکیبات بین فلزی با سختی بالا در این مناطق می باشد. با افزایش سرعت جوشکاری و میزان انحراف پرتو، سختی کاهش می یابد که به دلیل کاهش ترکیبات بین فلزی ترد و شکننده در ساختار اتصال می باشد. نمونه جوشکاری شده با سرعت جوشکاری 9/0 متر بردقیقه و میزان انحراف پرتو 6/0 میلیمتر دارای بیشترین استحکام برشی معادل 160 مگاپاسکال بود.

    کلیدواژگان: جوشکاری پرتو الکترونی، فولاد زنگ نزن 17-4PH، آلیاژTi-6Al-4V، لایه میانی مس، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • غلامرضا خلج* صفحات 127-144

    در جوش های چند پاسه، منطقه متاثر حرارتی شکل گرفته در هر پاس، به وسیله پاس بعدی، تحت چرخه حرارتی دیگری قرار می گیرد. این مساله ریزساختار مناطق متاثر حرارتی را بسته به موقعیت هر منطقه نسبت به خط ذوب پاس بعدی، به طور موضعی تغییرمی دهد و هم پوشانی مناطق متاثر حرارتی منجر به ریزساختارهای پیچیده خواهد شد. در این پژوهش برمبنای شرایط عملی تولید لوله در کارخانه، شامل جوشکاری زیرپودری با چهار الکترود در دو پاس از داخل و خارج لوله، ابتدا تحلیل چرخه های حرارتی منطقه متاثر حرارتی، صورت گرفت. شبیه سازی چرخه های حرارتی گرم و سرد کردن تا دماهای قله 950، 1150 و °C1350، در دستگاه دیلاتومتری انجام شد و رفتار دگرگونی و ساختار میکروسکوپی مطالعه شد. مدل سازی همزمان انحلال رسوبات و رشد دانه آستنیت صورت گرفت. مشاهده شد که رشد دانه در 300 ثانیه به اندازه حدی می رسد. علت اصلی رشد دانه در دماهای پایین تر و بالاتراز °C 1150 به ترتیب، انحلال رسوبات ریز و درشت کربونیترید نایوبیم است. همچنین مدل سازی تشکیل و تجزیه آستنیت با استفاده از معادله کلاسیک JMAK انجام شد. مشاهده شد که پارامتر n وابستگی زیادی به دما ندارد؛ در حالی که پارامتر k به شدت به دما، مقدار دگرگونی و اندازه دانه آستنیت وابسته است.

    کلیدواژگان: فولاد خط لوله، جوشکاری زیرپودری، دیلاتومتری، دگرگونی فاز، منطقه متاثر حرارتی
  • محمدرضا مرکی*، مسعود محمودی، محمد یوسفیه، هادی تقی ملک صفحات 145-154

    ساخت افزایشی قوس و سیم بر پایه ی جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ یکی از روش ساخت لایه به لایه فلزی است. از قدم های اساسی در این روش از ساخت قطعات پیش بینی هندسه جوش به وجود آمده در هر پاس از جوشکاری است. در پژوهش حاضر با در نظر گرفتن پارامترهای موثر بر روی هندسه جوش، مطالعه تجربی در این زمینه صورت گرفت. بدین منظور سه پارامتر ولتاژ، سرعت جوشکاری و سرعت تغذیه سیم به عنوان پارامترهای موثر بر هندسه جوش فرایند در نظر گرفته شدند و پارامترهای عرض گرده جوش و ارتفاع گرده جوش نیز از میان پارامترهای هندسه جوش با توجه به نوع و کاربرد پژوهش به عنوان پارامترهای خروجی انتخاب گردید. از ماشین بردار پشتیبان حداقل مربعات برای مدل سازی هندسه جوش در فرایند استفاده شد. نتایج حاصله از رگرسیون آموزش، آزمون، اعتبارسنجی و کل به ترتیب 0.945، 0.793، 0.894 و 0.881 بدست آمد. مقایسه بین داده های تجربی و داده های مدل به بیان معنی دار بودن مدل پیشنهادی می باشد

    کلیدواژگان: ساخت افزایشی قوس و سیم، جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ، هندسه جوش، ماشین بردار پشتیبان حداقل مربعات، مدل-سازی
  • رسول هدایت نژاد، حامد ثابت*، صادق رحمتی، علی سالمی گلعذانی صفحات 155-168

    این تحقیق به بررسی ریزساختار در فرآیند ساخت افزودنی به روش رسوب فلز لیزری با رسوب پودر Inconel 718 بر روی زیرلایه Inconel 738  می پردازد. برای این منظور، رسوب گذاری با توان لیزر متفاوت بر روی زیرلایه های مختلف انجام و ریزساختار و سختی لایه ها مورد مطالعه قرار گرفت. سه لایه Inconel 718 پودری بر روی زیرلایه ها رسوب نشانی گردید. نتایج نشان می دهد که پارامتر توان لیزر در فرآیند رسوب نشانی، تاثیر قابل توجهی بر ریزساختار نمونه ها دارد. با 100 وات افزایش توان لیزر، فاصله بین فازهای γ' در زیرلایه و γ'' در لایه ها به میزان قابل توجهی کاهش یافت. همچنین با افزایش توان لیزر، افزایش ابعاد هندسی و درصد حجمی فاز تقویت کننده γ'' نیز مشاهده شد. علاوه بر این، افزایش توان لیزر باعث کاهش درصد حجمی فاز لاوه گردید. با اندازه گیری ریز سختی لایه های رسوب نشانی شده مشخص گردید که با افزایش توان لیزر سختی لایه سوم کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: ساخت افزودنی، رسوب فلز با لیزر، ریزساختار
|
  • M. M. Taghvaei*, M. Shamanian, Behzad Niroumand, H. Mostaan Pages 1-12

    Joining of Hastelloy C276 nickel-base superalloy to AISI316 Stainless Steel using BNi-2 interlayer performed by transient liquid phase process (TLP) at 1150°C for 5 and 30 minutes. Bonding microstructure was studied using an Optical microscope and a scanning electron microscope (SEM). Vickers hardness test and shear strength test have been used to evaluate the mechanical properties. Microstructural studies showed that at 5 and 30 minutes of bonding time, isothermal solidification is completely formed, and the Center of the joint is free of any eutectic intermetallic compounds. Also, Findings showed that the DAZ of Hastelloy C276 nickel-base superalloy contains rich borides of Ni, Cr, Mo, and W, and the DAZ of 316 austenitic stainless steel contains borides rich in Fe, Cr, and Ni.

    Keywords: Transient Liquid Phase, Hastelloy C276, AISI316, Microstructure, Isothermal solidification
  • A. Pourjafar, R. Dehmolaei*, R. Alavi Zaree, Kh. Ranjbar, M.R. Tavakoli Shoushtari Pages 13-21

    In this study, the effect of temperature on the microstructure and reactive layer at the interface between the Ti interlayer and the base metal related to the diffusion bonding of Zr702 to A516 low alloy steel was investigated. The joining was done using the spark plasma sintering technique at temperatures of 900, 950 and 1000°C for 30 minutes. Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) equipped with EDS analysis was used to investigate the microstructure of the interfaces in various joints. Investigations showed that at all temperatures, with the diffusion of atoms and the formation of a reactive layer between the Ti interlayer and Zr702, no intermetallic phases, cracks, porosity and discontinuities were formed at their interfaces. . It was found that increasing the bonding temperature did not cause the formation of new phases and compounds in the interface and only increased the thickness of the reaction layer. The measurement of the thickness of the reactive layer showed that the maximum and minimum amounts of diffusion were 84 microns at 1000 °C and 64 microns at 900 °C respectively

    Keywords: Diffusion bonding, Interlayer, diffusion Interface, reaction layer, Zr702, SPDB Technique
  • N. Taheri Moghaddam, A. Rabiezadeh*, A. Khosravifad, L. Ghalandari Pages 23-35

    Despite the increased use of aluminium alloys in several industries, their common concern is the difficulty of joining dissimilar alloys using welding techniques. Based on this, the primary purpose of this research is to assess the mechanical characteristics of dissimilar joining of heat-treatable 6061 and non-heat-treatable 5083 aluminium alloys by gas tungsten arc welding and to discover the link between microstructure and mechanical properties. Similar welds were also implemented and evaluated in order to more properly analyze and compare the outcomes. The quality of the weld generated after establishing the health of the joint using non-destructive testing was evaluated by destructive bending, tensile, metallographic, and hardness tests to check the mechanical and microstructural qualities. The intended dissimilar weld was produced under the parameters of pulse current 120-80 amps, voltage 20 volts, welding speed 15 cm/min, and filler 5356. It should be highlighted that the dissimilar weld had the maximum joint efficiency, and with perfect control of welding settings and the absence of flaws, only 36% loss of strength was recorded when compared to the base metal. Metallographic images revealed that the formation of hot cracks in the dendritic structure of the weld metal is the major cause of strength loss for 5083 similar weld and the production of numerous porosities in the weld metal for 6061 similar welds.

    Keywords: Dissimilar welding, aluminum alloys, GTAW, joint efficiency, microstructure
  • Gh. Khalaj*, E. Asadian Pages 37-52

    In this paper, the microstructure and mechanical properties of the plain carbon steel-bronze interface of explosive welding and rolling were investigated. Explosive connection was done at two stop distances and with two different thicknesses of explosive material. Rolling of the welded composite was done at both ambient and preheated temperatures of 300 °C and with a constant thickness reduction of 33.3%. The results showed that the wave interface of the steel-bronze connection includes different parts. By rolling, the connection interface was stretched and flattened and the vortex areas were compressed together and in some cases entered the steel field. The steel particles separated from the background along the wave crest and remained as isolated islands in the bronze background. On the other hand, in the areas near the vortex, a part of the bronze flying metal was caught under the wave and was observed as islands separated from the bronze background inside the steel. Porous areas were crushed and compressed as a result of rolling. The rolling force and temperature had partially removed the diffusion barriers and a metal bond had been formed between bronze and steel. During the connection, the voids and shrinkage pores were pressed together due to rolling and the separate borders were close to each other. Explosive joining and cold rolling had increased the hardness in the interface, and hot rolling has led to a decrease in the hardness in the interface. In the hardness test, the welding samples are arranged in the order of the highest impact energy. The effects of welding parameters remain after cold and hot rolling and the hardness rating does not change.

    Keywords: dissimilar welding, composite, interface, vortex, hardness
  • S. Kazemi, G. Khalaf, A. Afsari*, M.J. Marzban Pages 53-68

    Stainless steel cladding is the formation of an alloy by creating a thin layer of stainless steel on another metal. In this research, a layer of SA240-TP316 austenitic stainless steel was coated on SA516-GR60 steel. Experiments were conducted to compare the mechanical properties of SA240-TP316 and claded SA516-GR60 steel welds in order to investigate the possibility of replacing the SA240-TP316 steel alloy. Examining the results of the chemical analysis of SA240-TP316 alloy shows that the coating has a similar chemical composition to SA240 alloy and with increasing depth, the hardness of the weld metal and the percentage of chromium is higher and the percentage of molybdenum in the weld alloy is lower. Comparing the ultimate strength of SA516 alloy after cladding and welding with SA240 stainless base alloy shows the improvement of tensile strength. In the first case, the strength changes in the range of 470 to 503 MPa and in the second case in the range of 477 to 570 MPa. The highest hardness was obtained in the heat affected area. Bending test showed that bending without cracking up to 180 degree angle is a sign of weld metal remaining ductile. The results of the impact test also show the ability to absorb energy, especially around the voltage of 150 volts.

    Keywords: Welding, Cladding, Mechanical properties, SA516-GR60 steel, SA240-TP316 stainless steel
  • M.R. Borhani*, S.R. Shoja Razavi, F. Kermani, M. Erfan Manesh, S.M. Barekat, H. Naderi Samani, M. Shahsavari Pages 69-81

    The purpose of this research is to laser cladding of stellite6 and stainless steel 17-4PH powders on the substrate of stainless steel 17-4PH, and investigate its solidification microstructure. The results showed that the microstructure of the stellite6 cladding has a cobalt solid solution ground phase with an FCC structure and Cr7C3 and Cr23C6 carbides. Also, the values ​​of the primary dendrite distance and the distance of the secondary dendrite arm have decreased by moving away from the interface; The reason for this is related to the difference in the cooling rate in different parts of the coating. The microstructure of 17-4PH stainless steel coating includes martensitic, ferritic, and austenitic phases; Due to the same chemical composition of the substrate and the cladding, the weight percentage of elements such as iron, nickel, chromium, and copper did not change from the cladding to the interface. It indicates the uniformity of the chemical composition of the cladding and the substrate. The calculated microhardness for the cladding of stellite6, the substrate and the cladding of stainless steel 7-4PH is about 480, 350, and 350 respectively. The reason for the higher microhardness of the cladding is the presence of chromium carbides (Cr7C3 and Cr23C6) formed in the cobalt field and the cobalt solid solution field of the cladding.

    Keywords: Laser cladding, Stellite, 17-4PH stainless, Solidification microstructure, Microhardness
  • F. Harati, M.A. Jabbareh, S.M. Mousavizadeh* Pages 83-95

    The present research aims to study the liquation and re-solidification of liquid during friction stir spot welding of AZ91 alloy. Although friction stir spot welding is a solid-state process, the presence of Mg17Al12 intermetallic compounds results in liquation during the welding process. In this study, friction stir spot welding was performed with a tool rotational speed of 2500 rev/min and a tool dwell time of 5 seconds. The microstructural assessment was carried out by optical and scanning electron microscopes. The results showed that initiation of liquation from the inner and outer edge of the eutectic precipitates occurred based on the melting of residual eutectic. Moving toward stirred zone, a liquid film formed along the grain boundaries. The liquid re-solidified as a composite structure of α-Mg/, which α-Mg phase dispersed in γ-Mg17Al12 matrix. Also, the results showed that eutectic morphology resulting from re-solidification is related to the cooling rate. Eutectic morphology changed from granular to fibrous by increasing the cooling rate. Also, the liquid film along the grain boundaries re-solidified as a divorced eutectic.

    Keywords: Friction stir spot welding, Liquation, Re-solidification, Microstructure
  • M.M. Jafari, A. Afsari, S.A. Behgozin, Sh. Heidari* Pages 97-112

    In this study, the mechanical and tribological properties of 4 different types of welding filler metals were examined on a 1.6959 steel (DIN35NiCrMoV12-5) by the Gas Tungsten Arc Welding process. The fillers used in this study include ER70S-6, ER80S-G, ER80S-Ni1, ER80S-B2. The main reasons for choosing these fillers in this study are their availability and close chemical composition to the base metal. To evaluate the weld and quality of weld joints, tensile, impact, hardness and abrasion tests performed on the samples and related microstructures was investigated by optical microscope. The results indicated that the presence of molybdenum and chromium alloying elements in ER80S-B2 filler and related microstructure at HAZ has led to an increase in weld strength up to 38 percent. The best and worst wear resistance obtained from the filler ER 80S-Ni1 and ER 70S-6 respectively. The best weld quality and mechanical properties were acquired in welding using ER 80S-B2 welding filler metal.

    Keywords: Steel Weldability, Mechanical Properties, Tribology, Filler Metal, Gas Tungsten Arc Welding
  • A. Mahdavi Shaker, H. Momeni, A. Khorram*, A. Yazdipour Pages 113-125

    This study aimed to investigate the effect of electron beam welding parameters on the microstructural characteristics and mechanical properties of the dissimilar joint between 17-4PH precipitation hardening stainless steel and Ti6Al4V alloy. For this purpose, the welding of these two alloys was done without an interlayer and with an interlayer of copper with a thickness of 0.8 mm. Two different welding speeds of 0.7 and 0.9 m/min with four levels of beam offset  (0, 0.2, 0.4 and 0.6 mm) from the center of the interlayer towards the steel were used to perform experiments. The results show that in the direct welding of titanium and steel, the joint structure consists of TiFe and TiFe2+TiCr2 intermetallic compounds with high hardness (about 900 Vickers). In the welding of titanium and steel by using the copper interlayer, the structure in the weld pool and the interface between the weld pool and steel includes a solid solution of copper and TiFe2 intermetallic compounds, and at the interface between the weld pool and titanium includes Ti+Ti2Cu and TiFe. The hardness of the welding zone in the samples welded with copper interlayer is about 400 Vickers. The highest value of hardness is observed at the interface between the weld pool and titanium alloy, as well as at the interface between the weld pool and steel, which is due to the presence of intermetallic compounds with high hardness. By increasing the welding speed and beam offset, the hardness decreases, which is due to the reduction of brittle intermetallic compounds in the joint structure. The welded sample with a welding speed of 0.9 m/min and beam offset of 0.6 mm has the highest shear strength equal to 160 MPa.

    Keywords: Electon Beam Welding, 17-4PH Steel, Ti6Al4V alloy, Cu interlayer, Microstructure, Mechanical properties
  • Gholamreza Khalaj* Pages 127-144

    In multi-pass welding, the heat-affected zone formed in each pass is subjected to another thermal cycle by the next pass. This problem locally changes the microstructure of the heat-affected zone depending on the position of each area relative to the melting line of the next pass, and the overlapping of the heat-affected areas will lead to complex microstructures. In this research, based on the practical conditions of pipe production in the factory, including submerged arc welding with four electrodes in two passes from the inside and outside of the pipe, the thermal cycles of the heat-affected zone were first analyzed. Simulation of thermal cycles of heating and cooling up to the peak temperatures of 950, 1150 and 1350 °C was performed in a dilatometer and the transformation behavior and microscopic structure were studied. Simultaneous modeling of precipitation dissolution and austenite grain growth was done. It was observed that the grain growth reaches a limit in 300 seconds. The main cause of grain growth at temperatures below and above 1150 °C, is the dissolution of fine and coarse deposits of niobium carbonitride, respectively. Also, the modeling of austenite formation and decomposition was done using the classic JMAK equation. It was observed that the parameter n does not depend much on temperature; while parameter k strongly depends on temperature, transformation amount and austenite grain size.

    Keywords: pipeline steel, submerge arc welding, dilatometry, phase transformation, heat affected zone
  • M.R. Maraki*, M. Mahmoodi, M. Yousefieh, H. Tagimalek Pages 145-154

    In Wire and arc additive manufacturing (WAAM) based on Gas metal arc welding (GMAW) is one of the methods of manufacturing metal layer by layer. One of this method's basic steps is predicting the welding geometry created in each welding step. In the current research, an experimental study was conducted in this field considering the effective parameters of welding geometry. For this purpose, three parameters of voltage, welding speed, and wire feeding speed were considered as effective parameters on the welding geometry of the process. The width and height of the weld bead was selected as the answer according to the type and application of the research. The least squares support vector machine was used to model the welding geometry in the process. The results obtained from the regression (R2) of train, test, validation, and total were 0.945, 0.793, 0.894, and 0.881 respectively. The comparison between the experimental data and the model data shows the significance of the proposed model.

    Keywords: Wire, arc additive manufacturing, gas metal arc welding, welding geometry, least squares support vector machine, modeling
  • R. Hedayatnejad, H. Sabet*, S. Rahmati, A. Salemi Golezani Pages 155-168

    This research examines the microstructure and microhardness in the additive manufacturing process using the laser metal deposition method with the deposition of Inconel 718 powder on the Inconel 738 substrate. For this purpose, deposition with different laser power was performed on different substrates, and the microstructure and hardness of the layers were studied. Three layers of Inconel 718 powder were deposited on the substrates. The results show that the laser power parameter in the deposition process significantly affects the microstructure of the samples. By increasing the laser power by 100 W, the distance between the phases γ' in the substrate and γ'' in the layers decreased significantly. With increasing laser power, an increase in the geometric dimensions and volume percentage of the γ'' phase was also observed. In addition, increasing the laser power decreased the volume percentage of the Laves phase. By measuring the microhardness of the deposition layers, it was found that the hardness of the third layer decreases with increasing laser power.

    Keywords: Additive Manufacturing, Laser Metal Deposition, Microstructure