بخشی از مقاله
چکیده - در این تحقیق اثر افزودن درصد جزئی گاز دیاکسیدکربن به گاز محافظ آرگون بر شکل هندسی حوضچه مذاب حاصل از جوشکاری فولاد ST14 با استفاده از لیزر پالسی Nd:YAG بررسی شد. بر اساس نتایج این تحقیق با افزایش گاز دیاکسیدکربن تا 15 درصد حجمی به گاز آرگون، مساحت ناحیه جوش ابتدا کاهش و با افزایش 15 تا 25 درصدی، مساحت حوضچه افزایش مییابد. اکسیژن حاصل از تجزیه دیاکسیدکربن در پلاسمای جوشکاری منجر به تشکیل اکسید آهن در سطح حوضچه مذاب شده و جذب لیزر را افزایش میدهد. دمای پلاسمای جوشکاری به روش طیف سنجی گسیل پلاسما در ترکیب گازهای مختلف اندازهگیری شد.
کلید واژه: گاز محافظ آرگون، جوشکاری لیزری، مساحت جوش، فولاد .ST14 کد 350.0350 - PACS
مقدمه:
در جوشکاری لیزری، گاز محافظ به منظور حفاظت از حوضچه مذاب در برابر اتمسفرمحیط، حفاظت از قطعات اپتیکی لیزر و انحراف پلاسمای تشکیل شده در بالای حوضچه مذاب مورد استفاده قرار میگیرد.[1] استفاده از گاز محافظ با ترکیب مناسب میتواند از طریق تأثیر بر روی مشخصات پلاسما، و بر هم کنش با فلز جوش بر فرآیند تأثیر بگذارد.[2] استفاده از گازهای با انرژی پتانسیل یونش بالاتر موجب کاهش چگالی الکترونی،کاهش ضریب جذب پلاسما و تمرکز بهتر پرتو لیزر میشوند.[3] استفاده از اکسیژن در گاز محافظ جوشکاری مس و آلیاژ مس-نیکل از طریق ایجاد یک لایه اکسیدی در سطح فلز موجب جذب بهتر پرتو لیزر و افزایش عمق نفوذ میشود.[4] اثر افزودن گاز CO2 بر مشخصات جوش فولاد در جوشکاری به روش قوس الکتریکی - SMAW - بررسی شده و مشخص شده است با افزایش درصد CO2 عمق نفوذ جوش افزایش مییابد.[5] همچنین تحقیقاتی در زمینه استفاده از گازهای نیتروژن و CO2 در جوشکاری با لیزر پیوسته CO2 انجام شده است .[6] استفاده از گاز دیاکسیدکربن به عنوان گاز محافظ، به دلیل قیمتنسبتاً ارزان آن توجیه اقتصادی دارد. لذا در این تحقیق اثر درصدهای مختلف گاز CO2 در گاز محافظ اصلی آرگون بر روی دمای پلاسما و شکل جوش لیزر پالسی Nd:YAG مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق:
از ورق فولاد کم کربن با ضخامت 2mm با ترکیب مندرج در جدول 1 به عنوان قطعه کار جوشکاری استفاده شد. مشخصات تجهیزات مورد استفاده در آزمایش مشابه با مرجع شماره 4 است. پارامترهای لیزر و ترکیب گاز محافظ به کار رفته در 7 سری آزمایش به ترتیب در جدول 2 و 3 نمایش داده شده است. پس از انجام جوشکاری، مقاطع عرضی نمونهها با استفاده از میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت.
جدول:1 ترکیب شیمیایی فولاد مورد استفاده - برحسب درصد وزنی -
نتایج و بحث:
مقطع عرضی جوش نمونههای A، D و F - با ترکیب گاز جدول - 3 در شکل 1 نشان داده شده است. شکل 2 مساحت مقاطع عرضی جوش بر حسب درصد دیاکسیدکربن را نمایش میدهد. همانطورکه در شکل 2 مشاهده میشود با افزایش گاز دیاکسیدکربن تا 15 درصد، مساحت حوضچه مذاب - نشانگر انرژی جذب شده توسط قطعه کار - 39 درصد کاهش - ناحیه - 1 یافت.
شکل:1تصویر مقطع عرضی جوش نمونههای A، D و .F درحالیکه با افزایش 15 تا 25 درصد حجمی، مساحت جوش 72 درصد افزایش می یابد - ناحیه . - 2 دلیل این امر را میتوان در تأثیر گاز CO2 بر ضریب جذب و دمای پلاسما، اکسیداسیون سطح حوضچه مذاب جستجو کرد.
شکل:2 مساحت ناحیه جوش بر حسب درصد دیاکسیدکربن. انرژی مورد نیاز برای تجزیه مولکول CO2 برابر با 5 5 eV است، که از انرژی پتانسیل یونش آرگون15 15 eV کمتر است .[7] در نتیجه با افزایش درصد گاز CO2 در گاز محافظ، جذب برمشترالانگ معکوس افزایش مییابد و به موجب آن انرژی کمتری به سطح قطعه میرسد لذا انتظار داریم مساحت جوش کاهش یابد. همچنین ممکن است دیاکسیدکربن در محیط پلاسما تجزیه شده و اکسیژن تولید کند، اکسیژن تولید شده طبق معادله - 1 - میتواند با آهن واکنش داده و اکسید آهن تولید کند. برای انجام این واکنش در هر دمایی لازم است انرژی آزاد گیبس
به عبارت دیگر لازم است فشار جزئی گاز اکسیژن از حد معینی بالاتر باشد تا واکنش اکسیداسیون انجام شود.
در مقادیر دیاکسیدکربن بیشتر از 15 درصد، اکسیژن حاصل از تجزیه CO2 از مقدار بحرانی بیشتر می شود و اکسیداسیون رخ می دهد - این
