فهرست مطالب

علوم و فناوری جوشکاری ایران - سال هشتم شماره 1 (پیاپی 14، بهار و تابستان 1401)

مجله علوم و فناوری جوشکاری ایران
سال هشتم شماره 1 (پیاپی 14، بهار و تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/05/21
  • تعداد عناوین: 12
|
  • امین عنبرزاده، حامد ثابت*، عبدالرضا گرانمایه ارومیه صفحات 1-15

    در این تحقیق، برای اتصال آلیاژهای AA2024 و AA6061 به یکدیگر، سه عنصر (Sn، Zn و Ga) به عنوان عناصر کاندید لایه واسط از نظر عمق نفوذ اتمی در فلزپایه در نظر گرفته شد و در دمای 453 درجه سانتی گراد در زمان های 2 روز، 10 ساعت، 210 دقیقه و 30 ثانیه مورد بررسی مدل سازی نفوذ اتمی قرار گرفت. در نهایت در دمای 453 درجه سانتی گراد و در محیط کوره تحت خلاء13 - 10 × 5/7  تور و تحت فرایند فاز مایع گذرا به یکدیگر متصل شدند. اثر تغییر ضخامت لایه واسط بر اتصال دو آلیاژ مذکور با آزمایش های عملی نظیر تصاویر میکروسکوپ نوری و الکترونی، آزمون استحکام کششی در دو حالت بررسی اثر تغییر ضخامت لایه واسط بر استحکام و بررسی تغییر استحکام اتصال با افزایش زمان نگهداری نمونه در کوره، سختی سنجی، نقشه توزیع عناصر و اسکن خطی عناصر در محل اتصال بررسی شده است. با افزایش ضخامت لایه واسط از 20 به 70 میکرومتر، استحکام اتصال کاهش می یابد. حداکثر استحکام برای اتصال فلزات پایه با لایه واسط Sn-5.3Ag-4.6Bi به ضخامت 20 میکرومتر معادل  MPa52 به دست آمد.

    کلیدواژگان: مدل سازی نفوذ اتمی، ریز ساختار، AA2024، AA6061، فاز مایع گذرا
  • مهرداد وطن دوست، احسان محمدی زهرانی*، بهروز بیدختی، علی داودی صفحات 17-27

    در این پژوهش، خواص مکانیکی، ریزساختار، و سختی در اتصال فولاد هواناپذیر به فولاد هواناپذیر (همجنس) و فولاد هواناپذیر به فولاد ساده کربنی (غیرهمجنس) به روش جوشکاری قوس فلز با گاز محافظ دی اکسید کربن مورد ارزیابی قرار گرفت. از ورق فولاد هواناپذیر با نام تجاری Corten A استفاده شد. فرایند جوشکاری شامل کنترل جریان و ولتاژ، نرخ تزریق سیم جوش، نرخ گاز محافظ، سرعت جوشکاری، پیکربندی اتصالات و میکروساختار بود. ارزیابی خواص مکانیکی، ریزساختار، و عیوب منطقه جوش توسط آزمون های کشش، خمش، سختی سنجی، متالوگرافی با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ روبشی گسیل میدانی، و رادیوگرافی انجام شد. نتایج نشان داد که ریزساختار منطقه جوش در اتصالات همجنس و غیرهمجنس شامل فریت مرزدانه ای، فریت سوزنی و فریت ویدمن اشتاتن است. استحکام کششی اتصال همجنس 497 مگاپاسکال و غیرهمجنس 303 مگاپاسکال بود. سختی منطقه جوش در اتصال همجنس 210 ویکرز و در اتصال غیرهمجنس 180 ویکرز بود. درمجموع، اتصال همجنس از نظر ریزساختار، نوع و اندازه عیوب جوش، استحکام و سختی منطقه جوش نسبت به اتصال غیرهمجنس برتری دارد.

    کلیدواژگان: فولاد هواناپذیر Corten A، جوشکاری، خواص مکانیکی، میکروساختار
  • سید عزت الله موسوی، مجتبی موحدی*، محسن کاظمی نژاد صفحات 29-46

    در این پژوهش، پایداری حرارتی-مکانیکی آلومینیوم 1050 که در ابتدا تحت دو پاس فرایند پرس کاری در قالب شیاردار محدودشده قرار گرفت، نسبت به جوشکاری اصطکاکی-تلاطمی با بکارگیری پودر هیبریدی (%50 حجمی پودر میکرومتری گرافیت و %50 حجمی پودر نانومتری α-Al2O3) توسط بررسی تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی آن ارزیابی شد. به منظور دستیابی به بیشترین خواص مکانیکی نهایی قطعات جوشکاری شده، متغیرهای متفاوتی از فرایند FSW به کار گرفته شد. انجام فرایند FSW در یک و چند پاس و نیز در نسبت های متفاوت از سرعت دورانی (ω) به سرعت خطی (v)، متغیر های جوشکاری در این پژوهش بودند. همچنین برای ارزیابی اثر پودرها بر خواص مکانیکی کامپوزیت هیبریدی زمینه فلزی، بعضی از ورق های CGP شده بدون پودر جوشکاری شدند. در کنار مشاهدات میکروسکوپ نوری و میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی، آزمون میکروسختی ویکرز و آزمون کشش عرضی برای بررسی خواص مکانیکی مناطق جوش انجام شد. مشخص شد اثرگذاری پودر گرافیت به عنوان ذرات روان کننده در اتصالات به طور قابل توجهی از متغیر های جوشکاری پیروی می کند. به طوری که استفاده از پودر گرافیت در فرایند جوشکاری بیشینه دمای  فرایند را تا °C  224 کاهش داد، در حالی که در شرایط مشابه جوشکاری و بدون استفاده از پودر هیبریدی، بیشینه دمای  فرایند°C  489 گزارش شد. از این رو پایداری حرارتی-مکانیکی نمونه های تغییر شکل پلاستیک شدید افزایش پیدا کرد، و خواص مکانیکی این ورق ها بهبود قابل توجه ای یافت. با این وجود، این پودر به علت همین ویژگی ذاتی، و به عبارتی تضعیف سیلان ماده، منجر به تخریب خواص مکانیکی ماده نیز شد. علاوه بر این هر دو پودر استفاده شده باعث ایجاد مکانیزم های استحکام بخشی مانند پین کردن مرزدانه ها و جوانه زنی متاثر از ذرات شدند. با این حال این نتیجه حاصل شد که توزیع یکنواخت ذرات، که از طریق افزایش نسبت ω/v فراهم می شود، به طور قابل توجهی باعث بهبود اثر بخشی پودر ها در ریزساختار شده و خواص مکانیکی نهایی را افزایش می دهد. همچنین مشاهده شد جوش سالم تنها با افزایش تعداد پاس جوشکاری، و به دلیل سیلان بهتر ماده و حذف حفرات ایجاد می شود، به طوری که با افزایش استحکام کششی تا MPa 101 بیشترین بازدهی (%80~) با جوشکاری در نسبت r/mm 70= ω/v  در سه پاس بدست آمد.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، جوشکاری اصطکاکی-تلاطمی، کامپوزیت هیبریدی زمینه فلزی، ذرات روان کننده، پایداری حرارتی-مکانیکی، خواص مکانیکی
  • سجاد ازغندی راد، مجتبی موحدی*، امیرحسین کوکبی، معین تمیزی صفحات 47-58

    با توسعه و پیشرفت صنایع الکترونیکی، اهمیت افزایش بهره وری مدارات الکترونیکی و همچنین حذف سرب از مدارات الکترونیکی بدلایل زیست محیطی، چالش بزرگی در زمینه طراحی و توسعه لحیم های نرم بدون سرب بر پایه قلع و با خواص فیزیکی و مکانیکی نزدیک به آلیاژهای قلع-سرب قدیمی ایجاد گردید. در همین راستا مجموعه آلیاژهای  Sn-Ag-Cuبا ترکیب یوتکتیک و ترکیبات نزدیک به آن، به عنوان آلیاژهای پیشنهادی جهت جایگزینی لحیم های  Pb-Sn مطرح شده اند. به عنوان یک آلیاژ لحیم بدون سرب، نقطه ذوب پایین، قابلیت اطمینان بالای اتصالات و سازگاری با انواع فلاکس ها از جمله خواص این دسته از آلیاژهاست. به جهت بهبود خواص اتصال حاصل از لحیم کاری با این آلیاژها، از فرایند کامپوزیتی کردن با نانو ذرات مختلف استفاده می شود. در این پژوهش، از لحیم نرم با ترکیب  Sn0.3Ag0.7Cu تقویت شده با نانوصفحات گرافن با درصد وزنی های مختلف (2/0،م1/0،م05/0و0)، استفاده شد. به جهت مشاهدات ریزساختاری از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی استفاده گردید. آزمون های فیزیکی از جمله اندازه گیری نقطه ذوب، ترشوندگی و مقاومت الکتریکی به جهت بررسی میزان اطمینان به آلیاژ لحیم، انجام شد.  براساس نتایج بدست آمده با افزودن نانوصفحات گرافن زاویه ترشوندگی لحیم ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد. این پارامتر در مورد نمونه لحیم حاوی %1/0 نانوصفحات گرافن با %10 کاهش حد بهینه را نشان می دهد. نقطه ذوب آلیاژ لحیم نیز با افزایش درصد نانوصفحات گرافن تغییر قابل توجهی را نشان نداد. علاوه بر این، با افزودن نانوصفحات گرافن، ضخامت ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 موجود در فصل مشترک اتصال بین مس و لحیم، %30 کاهش را در مورد نمونه حاوی %1/0 گرافن نسبت به نمونه بدون گرافن نشان داد.

    کلیدواژگان: لحیم نرم نانوکامپوزیتی، نانوصفحات گرافن، ترکیبات بین فلزی، خواص فیزیکی، ترشوندگی
  • ایمان صیدی، رضا دهملایی*، خلیل رنجبر صفحات 59-66

    در این پژوهش اتصال نفوذی سرامیک زیرکونیای پایدار شده با ایتریم اکسید به سوپرآلیاژ نایمونیک 105 با استفاده از لایه میانی چندتایی Ti/Nb/Ni انجام شد. اتصال با استفاده از روش جرقه پلاسمایی در اتمسفر خلاء و در دماها و زمان های مختلف انجام گردید. به منظور بررسی ریزساختار در شرایط مختلف از میکروسکوپ نوری، SEM و FESEM مجهز به EDS استفاده شد. نتایج نشان داد که ناحیه بحرانی اتصال، فصل مشترک Ti/3YSZ بوده و در تمامی شرایط اتصال در فصل مشترک های Ti/Nb، Nb/Ni و Ni/NI 105 برقرار شده است. مشاهدات ریزساختاری نشان داد که در تمامی شرایط دمایی و زمانی اتصال، در فصل مشترک Ti/3YSZ دو ناحیه مجزا شامل Ti3O و (Zr,Ti)2O (به دلیل اختلاف در عمق نفوذ عناصر Ti، Zr و O) تشکیل گردیده و با افزایش دما و زمان اتصال ضخامت این نواحی افزایش یافته است. بررسی های ریزساختاری مشخص نمود که اتصال در شرایط دمایoC 900 و زمان 30 دقیقه فاقد هرگونه ترک و ناپیوستگی بوده و در اثر نفوذ خوب اتم ها، لایه واکنش مناسبی تشکیل شد. نتایج ریزسختی سنجی و آنالیزهای EDS ضعیف بودن لایه واکنشی Ti3O را نشان داد.

    کلیدواژگان: اتصال نفوذی، نایمونیک 105، سرامیک زیرکونیای پایدار شده، روش جرقه پلاسمایی، لایه واکنشی
  • حمیدرضا گرجی، سید مسعود برکت*، سید رضا شجاع رضوی، سید سجاد بابایی سنگتابی، محمدعرفان منش صفحات 67-81

    هدف از پژوهش حاضر، بررسی خواص مکانیکی و ریزساختاری فولاد 7225/1 در فرایند جوشکاری لیزری با استفاده از دستگاه لیزر پالسی Nd:YAG و سپس تعیین فاصله کانونی بهینه نسبت به قطعه، در ناحیه جوش است. پس از جوشکاری، مشخصه یابی ریزساختاری، ریزسختی سنجی و آزمون کشش انجام شد. ارزیابی های انجام گرفته نشان داد، فاصله کانونی بهینه برای جوشکاری ورق فولاد 7225/1  با ضخامت یک میلی متر، حدود 9 میلی متر بوده به طوری که کانون در یک میلی متر زیر سطح قطعه قرار دارد. با توجه به تمرکز حرارتی و نرخ سرمایش بالا در جوشکاری لیزری، ریزساختار مارتنزیتی، در نواحی ذوبی و متاثر از حرارت نمونه ها مشاهده شد. در این آلیاژ، میزان سختی فلزپایه HV 10 ± 310 بود که پس از جوشکاری سختی نمونه با فاصله کانونی بهینه در ناحیه متاثر از حرارت به HV 10 ±  625 و در ناحیه ذوبی به HV 5 ± 730 رسیده است. همچنین، نتایج آزمون کشش نشان داد که خواص کششی نمونه با فاصله کانونی بهینه، تقریبا مشابه با فولادپایه بوده و شکست در ناحیه فولاد پایه مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: جوشکاری لیزری، فولاد 7225، 1، فاصله کانونی، ریزساختار، سختی
  • ساسان گلستانه زاده، سید هاشم موسوی انیجدان*، حمیدرضا نجفی دژده منفرد صفحات 83-92

    هدف در این پژوهش به بررسی تاثیر پودرهای اکسیدی SiO2، MoO3 و CuO بر عمق نفوذ، ریزساختار و پروفیل سختی جوش GTAW فولاد زنگ نزن رسوب سخت مارتنزیتی 17-4PH پرداخته شده است. نمونه هایی با ابعاد 150× 50 میلی متر با ضخامت 5 میلی متر از ورقی از جنس فولاد 17-4PH توسط پودر های اکسیدی SiO2، MoO3 و CuO جوشکاری گردیدند. نتایج حاکی از این بودند که استفاده از پودرهای اکسیدی سبب افزایش عمق نفوذ تا 5/1 برابر در جوش این فولاد در مقایسه با حالت معمولی شده اند. همچنین استفاده از پودر SiO2 اگرچه باعث افزایش 49/7 میلی متری عمق نفوذ شد، ولی ظاهر جوش مناسبی حاصل نکرد. استفاده از پودر های MoO3 و CuO نیز باعث افزایش عمق نفوذ تا 3/5 میلی متر گردیدند. در جوش با استفاده از پودر MoO3 آخال در سرتاسر جوش در کناره ها وجود داشت. ریزساختار جوش در نمونه های مختلف تفاوت چشمگیری نداشته و شامل ساختار دندریتی با فریت دلتا به صورت بین دندریتی بود. پروفیل سختی جوش نمونه ها نشان دهنده نزدیکی مقدار سختی نمونه های جوشکاری شده با استفاده از پودر های اکسیدی با فلزپایه بود.

    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن پیر سخت شونده، جوشکاری تیگ، فلاکس فعال، ریز ساختار جوش
  • میلاد فومنی، همام نفاخ موسوی*، علی رسولی، حسین علی یاری صفحات 93-99

    زبری سطح در جوشکاری، از پارامترهای مهم در اتصال فلزات جوش داده شده به روش لیزر است که در جذب پرتوهای لیزر مستقیما اثرگذار است. هنگامی که پرتو لیزر به سطح فلزپایه تابیده می شود، زبری سطح نقش مهمی در میزان جذب پرتوها و میزان ذوب حاصل شده دارد و مستقیما روی عمق نفوذ جوش نهایی اثر می گذارد. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثر زبری ذکر شده در پارامترهای جوشکاری یکسان برای این آلیاژ پرکاربرد آلومینیم است. بررسی های ریزساختاری در سه سطح زبری مختلف نمونه انجام شد و نتایج به دست آمده از آنالیز نمونه ها توسط میکروسکوپ های نوری، نیروی اتمی و الکترونی روبشی نشان داد افزایش میزان زبری سطح تا اندازه 16/0= Ra میکرومتر، باعث افزایش میزان درگیری پرتوها می شود. در نتیجه میزان تمرکز بیشتری از پرتوها را خواهیم داشت و ذوب بیشتری در این حالت رخ می دهد و عمق نفوذ با صرف انرژی کمتر افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: زبری سطح، جذب پرتو، جوشکاری لیزر پالسی، عمق نفوذ، آلیاژ آلومینیم
  • محمدجواد باغبان، مسعود مصلایی پور*، هانیه حاجی صفری، افشین بابانژاد، عبدالله صبوری صفحات 101-112

    در پژوهش حاضر، ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس سوپر آلیاژ اینکونل 625 (IN-625) به فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI316L (SS-316L) با استفاده از لایه واسط AWS-BNi3 و فرایند فاز مایع نافذ گذرا (TLP) مورد ارزیابی و شرایط لازم برای ایجاد یک اتصال کارآمد مورد مطالعه و بررسی واقع شد. اتصال دهی TLP در گستره دمایی و زمانی به ترتیب ºC 1050-1150 و min 20-5 و تحت حفاظت گاز محافظ آرگون با خلوص%9995/99 انجام شد. مطالعات ریزساختاری (OM و SEM) و فازی (XRD) آشکار نمود که اتصال دهی در دمای ºC1150 و مدت زمان min 20 موجب تکمیل انجماد همدما و ایجاد فاز گاما (γ) بصورت یکدست در موضع اتصال می شود. سرد نمودن نمونه ها قبل از تکمیل انجماد همدما موجب تشکیل ترکیبات یوتکتیکی غنی از کروم و مولیبدن در موضع مرکزی اتصال می شود. مورفولوژی پیوسته ترکیبات یوتکتیکی موجب افت شدید استحکام برشی نمونه ها شد (کاهش استحکام برشی %50~). نفوذ درهم عناصر آلیاژی بین موضع اتصال و فلزپایه اطراف موجب تشکیل کاربید کروم در IN-625 و ترکیبات بورایدی کروم-مولیبدن در SS-316L گردید که موجب افزایش ریزسختی نواحی مذکور نسبت به فلزپایه و موضع اتصال شد.

    کلیدواژگان: TLP، اینکونل 625، 316L، انجماد همدما ریزساختار و سختی
  • حامد تیربند، داود اکبری*، میلاد ساده صفحات 113-122

    امروزه استفاده از مواد مرکب به دلیل خواص ویژه استحکامی وهمچنین سایر ویژگی های منحصر به فرد در صنایع مختلف افزایش یافته است. یکی از موارد مهم در حین ساخت و مونتاژ این گونه مواد، اتصال آن ها به همدیگر می باشد. در این مقاله اتصال قطعات گرماسخت با آماده سازی سطحی به کمک پرتولیزر مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی بررسی مکانیزم های چسبندگی سطحی بهتراتصال نسبت به سطح ساده و همچنین ایجاد رویکردهای عملی جهت افزایش قدرت چسبندگی اتصال قطعات گرماسخت و استفاده از این فرایند به عنوان تکنیک مقرون به صرفه است. کامپوزیت ها از رزین اپوکسی گرما سخت (که بعد از 12 ساعت در دمای محیط سخت می شوند) و از الیاف دو بعدی بافته شده شیشه ساخته و بعد از گرمادهی حجمی با دمای 180تا200درجه سانتی گراد توسط چسب متصل شدند. در این پژوهش سطح همپوشانی قطعه توسط لیزر در الگوهای دایره ای حکاکی شده و قطعات خام به صورت پولیش دستی و سایش مکانیکی آماده شدند. نتایج حاصل نشان می دهند که با بررسی اثر زبری سطح و ضخامت کامپوزیت بر استحکام اتصال، بیشترین مقدار استحکام برشی مربوط به سطح زبر در مقایسه با دیگر روش های آماده سازی است که در نمونه های مزبور، نیروی 450 نیوتن می باشد. آماده سازی سطح مقدار نفوذ چسب در قطعات را افزایش داده و استحکام کششی را گسترش می دهد.

    کلیدواژگان: اتصالات گرماسخت، اتصال چسبی، آماده سازی سطحی، استحکام برشی
  • صادق ورمزیار*، مسعود عطاپور، یولاندا هدبرگ صفحات 123-136

    در این مطالعه اثر فلزپرکننده بر خواص ریزساختاری و رفتار خوردگی ناحیه جوشکاری فولاد AISI 316L مورد مطالعه قرار گرفته است. جهت انجام عملیات جوشکاری ورق های تهیه شده از فولاد AISI 316L، فرایند جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW) و دو فلز پرکننده ER 316L و ER 312 به کار گرفته شد. ریزساختار به دست آمده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. خواص خوردگی قطعات نیز در محلول NaCl %5/3   و یک سل سه الکترودی انجام شد. آزمون پتانسیل مدار باز و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک بر روی ناحیه اتصال قطعات جوشکاری شده و فلزپایه انجام پذیرفت. مطالعات ریزساختاری نشان دادند که فلز جوش حاصل از هر دو فلزپرکننده ریز ساختاری متشکل از دو فاز آستنیت و فریت دارند. براساس اطلاعات به دست آمده از آزمون ریزسختی مشخص شد که فلزجوش حاصل از فلزپرکننده ER 312 سختی بالاتری نسبت به فلز جوش حاصل از فلزپرکننده ER 316L از خود نشان داده است. ارزیابی های خوردگی نیز نشان می دهند که فلز جوش حاصل از دو فلز پرکننده نرخ خوردگی کمتری را با توجه به میزان کروم بیشتر و فریت بالاتر نسبت به فلز پایه دارد. همچنین پایین تر بودن جریان خوردگی فلز جوش ER 312 نسبت به فلزجوش ER 316L به همین دلیل است. در مقابل فلز پایه نسبت به دو فلز جوش حاصل از دو فلزپرکننده نتایج خوردگی حفره ای بهتری را با توجه به آزمون های الکتروشیمیایی و نیز بررسی سطوح با استفاده از میکروسکوپ نوری پس از این آزمایش ها نشان داده است که این نتایج به سبب وجود دو فاز آستنیت و فریت در مجاورت یکدیگر در فلز های جوش و تشدید خوردگی گالوانیکی با توجه به تخلیه فاز آستنیتی از کزوم و مولیبدن است.

    کلیدواژگان: جوشکاری، خوردگی، فلز پرکننده، ریزساختار
  • محمدمهدی تقوایی، حسین مستعان، علی سنبلی، حمیدرضا منصوری گواری صفحات 137-149

    در این پژوهش فولاد نایترایدینگ DIN 34CrAlNi7 در دو حالت قبل و بعد از نیتروژن دهی سطحی با فرآیند قوسی تنگستن-گاز، توسط دو نوع پرکننده (L 309ER و 312ER) مورد بررسی قرار گرفتند. هدف از این پژوهش بررسی بهترین شرایط برای جوشکاری، (قبل یا بعد ازنیتروژن دهی) و نیز انتخاب بهترین فلز پرکننده بود. ریزساختار اتصال با استفاده از میکروسکوپ نوری موردبررسی قرار گرفت. همچنین به‌منظور ارزیابی خواص مکانیکی از آزمایش استحکام کششی استفاده شد. سطوح شکست اتصالات نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) موردمطالعه قرار گرفت. جوشکاری این فولادها با پر کننده L309ER با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، فقط در حالت قبل از نیتروژن دهی مجاز است. در حالتی که سطوح لبه اتصال نیتروژن دهی شده باشد به علت تغییرات ریز ساختاری در فلز جوش نمی‏تواند در شرایط سرویس پاسخ قابل قبولی ارایه دهد. اما نتایج نمونه‏های جوشکاری شده با فلز پرکننده 312ER نشان داد درصورتی‌که درصد امتزاج فلز پایه به مقدار کمتر از 30 درصد باشد می‏توان از این نوع پرکننده برای جوشکاری فلزات پایه در هر دو حالت قبل و بعد از نیتروژن دهی استفاده کرد.

    کلیدواژگان: نیتروژن دهی، فرایند قوسی تنگستن-گاز، فلز پرکننده، فلز جوش، ناحیه امتزاج
|
  • A. Anbarzadeh, H. Sabet*, A.R. Geranmayeh Pages 1-15

    In this study, to bond AA2024 and AA6061 alloys to each other, three elements (Sn, Zn and Ga)  were considered as interlayer elements in terms of atomic diffusion depth in the base metal and storage at 453°C for 2 days, 10 hours, 210 minutes, and 30 seconds that they were examined for atomic diffusion modeling. Finally, the two alloys were connected at a temperature of 453°C in a furnace environment under a vacuum of 7.5×10-13 Torr under a transient liquid phase process. The effect of changing the thickness of the interlayer on the connection of the two alloys are examined with practical tests such as metallography, SEM, the distribution map of the elements, hardness test, the linear scan of the elements at the joint, and tensile strength test in two modes, 1: investigating the effect of changing the thickness of the interlayer on strength, and 2: investigating the change in joint strength by increasing sample retention time in the furnace. As the thickness of the interlayer increases (from 20 to 70 μm), the bond strength decreases. The maximum tensile strength of joint with the 20 μm thickness Sn-5.3Ag-4.6Bi interlayer is 52 MPa.

    Keywords: Atomic diffusion modeling, Microstructure, AA2024, AA6061, Transient liquid phase
  • M. Vatandoost, E. Mohammadi Zahrani*, B. Beidokhti, A. Davoodi Pages 17-27

    The welding joints were investigated due to the significance of similar welding of Corten A weathering steel and its dissimilar welding with St12 plain carbon steel in industrial applications. The gas metal arc welding (GMAW) technique with carbon dioxide shielding gas was utilized in the present work. The welding process comprised current and voltage control, welding wire injection rate, shielding gas rate, welding speed, connection configuration, and microstructure evolution. Mechanical properties and microstructure evolution in similar and dissimilar joints and weld defects were evaluated by tensile, bending, hardness, metallographic, and radiographic tests. The weld microstructure in similar and dissimilar joints included grain boundary ferrite, acicular ferrite, and WidmanStatten ferrite. The tensile strengths of the similar and dissimilar joints were respectively 497 and 303 MPa. The weld zone hardness was 210 and 180 Vickers for similar and dissimilar joints, respectively. In conclusion, similar welding outperformed dissimilar welding considering weld joint defects, mechanical properties, and microstructure.

    Keywords: Corten A weathering steel, Welding, Mechanical properties, Microstructure
  • S.E. Moosavi, M. Movahedi*, M. Kazeminezhad Pages 29-46

    In this study, thermo-mechanical stability of two-pass constrained groove pressing (CGP) AA1050 sheets towards friction stir welding (FSW) employing hybrid powder (%50vol. micrometric graphite powder+%50vol. α-Al2O3 nanoparticles) was investigated by examining its microstructural evolutions and mechanical properties. FSW was carried out via different process variables in order to reach the highest ultimate mechanical properties of joints. The welding variables employed in this study were single-pass and multi-pass FSW, and different rotation speed to traverse speed ratios (ω/v) were. In order to appraise the powder effect on mechanical properties in the fabricated hybrid metal matrix composite (HMMC), some CGPed sheets were also welded with no powder. Besides optical microscopy and field emission scanning electron microscopy (FESEM) observations, Vickers microhardness and transverse tensile tests were conducted to examine mechanical properties of the weld zone. It was revealed that the effect of graphite powder as a solid lubricant was substantially influenced by the welding variables. More precisely, by employing graphite powder during the FSW, the peak temperature decreased to 224 ℃, while the peak temperature of 489 ℃ was resulted by welding without any powder. Thus, the thermo-mechanical stability of CGPed aluminum and their mechanical properties were enhanced. On the other hand, graphite powder can be responsible for mechanical properties drop due to deteriorating material flow. In addition, different strengthening mechanisms, including grain boundary Zener-pinning and particulate stimulated nucleation (PSN) mechanism, were provided and governed by both powders. However, increasing the ω/v ratio was a practical approach to obtain uniform powder distribution, and consequently, to attain ultimate mechanical properties. Moreover, weld soundness was perceived to be achievable by increasing the number of FSW passes due to eliminating the cavities and improved material flow, resulting in an ultimate tensile strength of 101 MPa, as an optimum efficiency of ~ %80, in three-pass FSW at ω/v=70.

    Keywords: Severe plastic deformation, Friction stir welding, Hybrid metal matrix composite, Solid lubricant, Thermo-mechanical stability, Mechanical properties
  • S. Azghandirad, M. Movahedi*, A. Kokabi, M. Tamizi Pages 47-58

    Development of electronic industries, compression of electronic equipment, and removing lead from electronic circuits for environmental issues, resulted in a significant challenge in design and development of tin-based lead-free solders with physical and mechanical properties similar to old tin-lead alloys. In this regard, the set of Sn-Ag-Cu alloys with eutectic and near eutectic compositions have been proposed to replace Sn-Pb solders. As a lead-free solder alloy, low melting point, high reliability, and compatibility with various fluxes are among the properties of this category of alloys. In order to improve the properties of the joint, these solders are sometimes reinforced with different nanoparticles. In this study, Sn0.3Ag0.7Cu compound reinforced with graphene nanosheets with different weight percentages (0, 0.05, 0.1, and 0.2) was studied. Microstructure of the alloys was investigated by scanning electron microscopy(SEM) and optical microscopy. Melting temperature, wetting behavior and electrical resistivity of the solders were evaluated. According to the results, by adding graphene nanosheets, the wetting angle of the solder first decreased and then increased. This parameter showed the optimal amount for sample containing %0.1 graphene nanosheets with a %10 reduction. The melting point and electrical resistance of the solder alloy did not change significantly with compositing. With the addition of graphene nanosheets, the thickness of the intermetallic compounds Cu6Sn5 present at the interface between copper and solder was reduced up to %30.

    Keywords: Lead free solder, Graphene nanosheets, Intermetallic compounds, Physical Properties, Wetting
  • I. Saydi, R. Dehmolaei*, Kh. Ranjbar Pages 59-66

    In this research, the diffusion bonding of the stabilized zirconia ceramic and Nimonic 105 superalloy using Ti/Nb/Ni multi-interlayer was carried out. Joint was performed using the plasma spark technique in a vacuum atmosphere and at different temperatures and times. The microstructure of the different joint zones was studied using optical and FESEM microscopes equipped with an EDS analyzer. The results showed that the critical region is Ti/3YSZ interface and in all conditions diffusion bonding in Ti/Nb, Nb/Ni, and Ni/NI 105 interfaces were done. Microstructural observations showed that in the Ti/3YSZ interface at all temperature and time conditions, the connection of two separate regions including Ti3O and (Zr, Ti)2O was formed due to the difference in the diffusion depth of Ti, Zr, and O elements and with increasing temperature and time, the thickness of these regions increased. Microstructural studies showed that the bond at 900 ℃  and 30 minutes did not have any cracks and discontinuities and due to the better diffusion of atoms, a suitable reaction layer was formed. Microhardness observations and EDS analyses confirmed that the Ti3O reaction layer is the weakest zine.

    Keywords: Diffusion bonding, NI 105 superalloy, Zirconia stabilized ceramic, reaction layer
  • H. Gorji, S. M. Barakat*, S. R. Shoja Razavi, S. S. Babaie Sangetabi, M. Erfanmanesh Pages 67-81

    The aim of the present study is to investigate the mechanical and microstructural properties of 1.7225 steel in laser welding process using Nd:YAG pulsed laser device and then to determine the optimal focal length relative to the part in the welding area. After welding, microstructural characterization, microhardness and tensile tests were performed. Evaluations showed that the optimal focal length for welding of steel sheet 1.7225 with a thickness of 1 mm, it was about 9 mm and the focus was 1 mm below the surface of the part. Due to the high thermal concentration and cooling rate in laser welding, a completely martensitic microstructure has been observed in the molten and heat-affected regions of all specimens. In this alloy, the hardness of the base metal is 310±10 HV. After welding, the hardness of the sample with the optimal focal length   has reached 625±10 HV in the heat affected zone and 730±10 HV in the melting zone. Also, the results of tensile test showed that the tensile properties of the sample with the optimal focal length were almost similar to the base steel and fracture was observed in the base steel region.

    Keywords: Laser Welding, 1.7225 steel, Focal length, Microstructure, Hardness
  • S. Golestanehzadeh, S.H. Mousavi Anijdan*, H.R. Najafi Dezdeh Monfared Pages 83-92

    In this investigation the effect of oxides powders of SiO2, MoO3 and CuO on the depth of penetration, microstructure and hardness profile of GTAWeld precipitation hardening martensitic 17-4PH was assessed. Samples were taken from 17-4PH steel sheet with the dimensions of 150*50 mm and with the thickness of 5 mm, and were welded by oxide powder of SiO2, MoO3 and CuO. Results showed that using oxide powder increased the penetration depth of the welded joints by about 150 percent compared to the normal condition. Also, it was shown that although using SiO2 powder increased the penetration depth to about 7.49 mm, it provides inferior weld bead appearance. The use of MoO3 and CuO powder increased the penetration depth of the weld to about 5.3 mm. Although inclusions were found throughout the side of the weld bead when MoO3 powder was employed for welding. The microstructure of the weld in different samples did not vary and included dendritic structure with delta ferrite located between the dendrites. The hardness profile of the welded joints showed the closeness of the hardness of the welded joints using different oxide powder with the base metal.

    Keywords: Precipitation hardening stainless steel, TIG welding, Active flux, Microstructure of the weld
  • M. Foumani, H. Naffakh-Moosavy*, A. Rasouli, H. Aliyari Pages 93-99

    Surface roughness in the welding processes is one of the important parameters in the laser welded metal connections which affects laser beam absorption directly. When the laser beam is irradiated to the surface of the base metal, the surface roughness plays an important role in the amount of beam absorption and the amount of melting achieved and directly affects the penetration depth. The main purpose of this study is to investigate the effect of roughness mentioned above in the equal parameter for this widely used aluminum alloy. Microstructural Surveys were performed on three different roughness levels of the sample and the results obtained from the analysis of samples by optical microscope (OM), atomic force microscope (AFM) and Scanning electron microscopy (SEM) analysis showed that, increasing the surface roughness up to Ra = 0.16 micrometer, caused the greater degree of beam engagement by the surface grooves, hence more concentration of the beam photons and more melting obtained, so the depth of penetration increases by consuming a lower amount of energy.

    Keywords: Surface roughness, Beam absorption, Pulsed Laser welding, penetration depth, Aluminum alloy
  • M. J. Bagban, M. Mosallaee Pour*, H. Hajisafari, A. Babnejad, A. Saboori Pages 101-112

    In the present study, the microstructure and mechanical properties of the dissimilar joint of Inconel 625 (IN-625) superalloy to austenitic stainless steel AISI316L (SS-316L) via AWS-BNi3 interface layer and transient liquid phase (TLP) bonding process were evaluated and necessary conditions for creating an efficient joint were determined. TLP bonding was performed in temperature and time range of 1050-1150ºC and 5-20min, respectively, under the protection of argon shielding gas with a purity of 99.9995%. Microstructural (OM and SEM) and phase (XRD) studies revealed that bonding at 1150 ° C for 20 min results in completion of isothermal solidification and develops a uniform gamma (γ) phase at the bonding zone. Cooling the samples before completion of isothermal solidification results in the formation of chromium and molybdenum-rich eutectic compounds at the bonding centerline. The continuous morphology of the eutectic compounds caused a sharp drop in the shear strength of the specimens (~50% reduction of shear strength). The inter-diffusion of alloying elements between the bonding area and the surrounding base metal results in the formation of chromium carbide in the IN-625 and chromium- boron compounds in the SS-316L, which increased the microhardness of these areas compared to the base metals and the bonding zone.

    Keywords: TLP, Inconel 625, 316L, isothermal solidification, microstructure, hardness
  • H. Tirband, D. Akbari*, M. Sadeh Pages 113-122

    Todays, application of composite materials has been increased in various industries due to their special strength properties and also other unique features. One of the important things during making of such materials, is their connection to each other. In this article, the Joining of heat-hardened parts with surface preparation with the help of laser, simple and rough, has been investigated. The main goal is to investigate the better surface adhesion mechanisms of the connection compared to the simple surface, as well as to create practical approaches to increase the adhesion strength of the thermosetting parts. The composites were made of heat-hardened epoxy resin (which hardens after 12 hours at room temperature) and two-dimensional woven glass fibers and were connected by glue after volume heating at a temperature of 180-200 degree Celsius. In this research, the overlapping surface of the part was engraved by laser in circular patterns. The raw parts were prepared by manual polishing and mechanical abrasion. The results show that by examining the effect of surface roughness and composite thickness, the highest value of shear strength is related to the surface roughness compared to other preparation methods. Surface preparation increases the amount of adhesive penetration in the parts and expands the tensile strength. The thickness also has a conditional effect on the strength of the connection.

    Keywords: Thermoset joints - Adhesive bond - Surface preparation - Tensile strength
  • S. Varmaziar*, M. Atapour, Y. Hedberg Pages 123-136

    The influence of filler metals on the microstructure and corrosion behavior of AISI 316L welds was investigated. Gas Tungsten Arc welding (GTAW) process was applied to join the AISI 316L plates using ER 316L and ER 312 filler metals. The obtained microstructures were characterized by optical metallography and scanning electron microscope (SEM). Corrosion assessments were conducted in 3.5% NaCl using a three electrode cell.  Open circuit potential and potentiodynamic polarization examinations were conducted on the welds and base metal. Microstructural evaluations indicated that a combination of austenite and ferrite phases was formed in the welds fabricated by both filler metals. Based on the micro hardness tests, the weld fabricated by ER 312 filler exhibited superior harness compared to the ER 316L weld. Corrosion evaluations also show that the weld metal obtained from two filler metals has a lower corrosion rate due to the higher amount of chromium and higher ferrite compared to the base metal. Also, the lower corrosion current of ER 312 weld metal compared to ER 316L weld metal is for this reason. In contrast to the base metal compared to the two welding metals, the result of the two filler metals has shown better pitting corrosion results according to the electrochemical tests and also the examination of the surfaces using an optical microscope after these tests, that these results are due to The presence of two phases of austenite and ferrite in the vicinity of each other in weld metals and the intensification of galvanic corrosion is due to the discharge of the austenite phase from chromium and molybdenum.

    Keywords: Welding, Corrosion, Filler Metal, Microstructure
  • M. M. Aghvaei, H. Mostaan, A. Sonboli, H. R. Mansouri Gavari Pages 137-149

    In this study, DIN 34CrAlNi7 Nitriding steel in two states before and after nitriding, were welded by tungsten-gas arc welding process using two types of fillers (ER309L and ER312). The aim of this research was to investigate the best conditions for welding (before or after nitriding) and also to choose the best filler metal. The microstructure of the joint was examined using an optical microscope. A tensile strength test was also used to evaluate the mechanical properties. Fracture surfaces were also studied using a scanning electron microscope (SEM). According to the results Welding of these steels with ER309L filler is allowed only in the pre-nitriding state. If the base metal is nitriding, due to microstructural changes in the weld metal, filler metal ER309L cannot be used. However, the results of samples welded with ER312 filler metal show that if the base metal mixing percentage is less than 30%, this filler can be used for welding base metals in both before and after nitriding.

    Keywords: Nitriding, tungsten-gas arc process, filler metal, weld metal, mixed zone