بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، اتصال غیرمشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 و فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 به روش GTAW و با استفاده از الکترودهای تنگستنی شیاردار و نوکتیز با فلز پرکننده ER 308 بررسی شد. برای ارزیابی خواص مکانیکی، آزمونهای کشش، ضربه و سختیسنجی بهابرگها انجام شد. سطوح شکست نمونههای آزمون ضربه و کشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. در آزمون کشش نمونههای جوشکاری شده با الکترود شیاردار دارای استحکام نهایی و تسلیم بالاتری نسبت به الکترود نوکتیز میباشند. دیمپلهای کوچکتر در نتایج حاصل از آزمون میکروسکوپی نتایج آزمون کشش را تأیید کرد. همچنین انرژی ضربه نمونه های جوشکاری شده با الکترود شیاردار کمتر از الکترود نوکتیز بود و سختی جوش با الکترود شیار دار بیشتر از الکترود نوک تیز شد.
کلمات کلیدی: اتصال غیر همجنس، فولاد زنگنزن آستنیتی 304، فولاد زنگنزن آستنیتی 316، تغییر شکل قوس، خواص مکانیکی.
مقدمه
فولادهای زنگ نزن آستنیتی، معرف بزرگترین گروههای عام فولادهای زنگ نزن هستند و در تناژ بالاتری نسبت به سایر گروهها تولید میشوند. این فولادها دارای مقاومت به خوردگی خوبی در بیشتر محیطها هستند و استحکام این فولادها برابر فولادهای نرم میباشد و قابلیت سختیپذیری استحالهای را ندارند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی به طور قابل توجهی با کار سرد، استحکامدهی میشوند. به طور کلی این گروه اگر از احتیاطهای ویژه پیروی گردد، جوشپذیر تلقی میگردند. فولادهای زنگ نزن 304 و 316 از جمله این فولادها به شمار میروند .[1] اتصالات غیرمشابه بین فولادهای زنگ نزن آستنیتی در بسیاری از کاربردهای دما بالا مانند خطوط بخار نیروگاهها، مبدلهای گرمایی، راکتورهای هستهای و صنایع پتروشیمی کاربرد دارند. در این کاربردها بخشهایی از قطعه که در معرض دماهای بالاتر قرار دارند، از فولاد زنگ نزن آستنیتی استفاده میشود .[2]
GTAW یک فرآیند جوشکاری قوسی میباشد، این فرآیند جوشکاری با گاز محافظ خنثی و بدون فشار صورت میگیرد. در حین جوشکاری گاز خنثی هوا را از ناحیه جوشکاری بیرون رانده و از اکسید شدن الکترود جلوگیری میکند. در این فرآیند هیچگونه سربارهای وجود ندارد، بنابراین لازم است که هم الکترود، هم سطح قطعه و هم فلز پرکننده توسط گاز محافظ پوشش داده شوند تا از آلودگی آنها جلوگیری گردد. برای ایجاد قوس جوشکاری از الکترود تنگستن استفاده میشود، که این الکترود برخلاف دیگر فرایندهای جوشکاری، حین عملیات جوشکاری مصرف نمیشود 3]و.[4 در جوشکاری قوسی تنگستن -گاز پارامترهای متعدد و زیادی بر حوضچه جوش و روش جوشکاری قوسی تنگستن گاز مؤثر است که از آن جمله میتوان به مواردی همچون -1 شدت جریان ولتاژ جوشکاری و خصوصیات منبع -2 ترکیب شیمیائی الکترود و قدرت عبور جریان الکتریکی -3 گاز محافظ درجه خلوص و ترکیب شیمیایی آن و فشار گاز -4 شکل الکترود اشاره کرد. با بررسیهای انجام گرفته بر روی پارامتر شکل الکترود، امکان بهینهسازی روش جوش تنگستن قوس وجود دارد .[5] تحقیقات زیادی بر روی جریان پالسی و گازهای محافظ و شکل الکترود به صورت نوکتیز و نیم کروی و تمام کروی صورت گرفته است .[6] حالت مناسب شکل الکترود برای جوشکاریهای قوس تنگستن به صورت نوکتیز میباشد .[7] تغییر شکل الکترود میتواند خواص مکانیکی مناطق مختلف جوش را تحت تأثیر قرار دهد .[8] با ایجاد شیار با مشخصات خاص در نوک الکترود میتوان شکل قوس را به حالت ناقوسی شکل تغییر داد. بنابراین حرارت ورودی تغییر کرده و از دو قسمت به قطعه وارد میشود.
در این تحقیق جهت بررسی خواص مکانیکی نمونههای جوش داده شده با الکترودهای شیاردار و نوکتیز از آزمونهای کشش، ضربه و سختی سنجی ویکرز استفاده میشود. همچنین سطوح شکست نمونههای آزمون ضربه و کشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار میگیرد.
مواد و روش تحقیق
در این پروژه دو نمونه از فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 316 به ابعاد 10×100×350 mm و دو نمونه دیگر به ابعاد 8×100×350 mm و چهار نمونه از فولاد زنگنزن آستنیتی 304 به ابعاد 10×100×350 mm به عنوان مواد اولیه استفاده شد. که مشخصات ابعادی آن در شکل 1 نشان داده شده است. برای جوشکاری نمونهها از فلز پرکننده ER 308 و الکترود تنگستن نوکتیز و الکترود شیاردار استفاده شد. اشکال الکترود شیاردار در شکل 2 آورده شده است. الکترود شیاردار هماندازه کوتاه جهت جوش پاس ریشه، الکترود شیاردار هماندازه بلند جهت جوش پاسهای پوششی و الکترود شیاردار غیر هم اندازه جهت جوشهای با ضخامت متفاوت استفاده میشود. ترکیب شیمیایی فلزات پایه و فلز پرکننده در جدول 1 آورده شده است.
جوشکاری نمونهها توسط فرآیند GTAW و با گاز محافظ آرگون 99/99 درصد با دبی جریان 10 L/min در 3 پاس با استفاده از فلز پرکننده ER 308 انجام شد. پارامترهای جوشکاری در جدول 2 نشان داده شده است.
ابعاد نمونه آزمون کشش طبق استاندارد ASTM E8 در نظر گرفته شد. از هر جوش سه نمونه با طول 100 mm، عرض 10 mm و ضخامت 6 mm تهیه گردید، به طوری که جوشدقیقاً در وسط قرار گرفت. طبق استاندارد طول گیج 25 mm، عرض گیج 6 mm و ضخامت 6 mm در نظر گرفته شد.
برای انجام آزمون ضربه از هر نمونه جوشکاری، سه نمونه طبق استاندارد ASTM E23 با ابعاد 55×7/5×10 mm تهیه شد. طبق استاندارد، جوشدقیقاً در وسط قرار گرفت و شیاری به عمق 2 mm و زاویه 45 درجه در فلز جوش ایجاد شد. انرژی ضربه با میانگین گرفتن از انرژی ضربه حاصل از 3 نمونه به دست آمده، محاسبه شد.
به منظور اندازهگیری سختی نواحی مختلف فلزات پایه و فلزات جوش، آزمون سختیسنجی ویکرز انجام گردید. آزمون سختی سنجی با بار 30 Kg و زمان 10 ثانیه انجام شد.
