بخشی از مقاله

چکیده
فرکانس پالس یکی از پارامترهای فرایند تیگ پالسی میباشد که با کنترل آن میتوان ریز ساختار و در نتیجه خواص مکانیکی اتصال را بهبود بخشید. در این پژوهش فولاد زنگ نزن دو فازی 2205 به فولاد کم آلیاژ استحکام بالای API X80 با استفاده از فرآیند PCGTAW1 و فلز پرکننده ER2209 به یکدیگر متصل شدند. جهت بررسی اثر فرکانس پالس، جوشکاری در فرکانسهای 5، 10 و 15 انجام شد. بررسیهای ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی در ناحیه اتصال صورت گرفت. هم جنین جهت بررسی خواص مکانیکی جوش، آزمونهای سختی سنجی و ضربه انجام شد. میزان فریت فلز جوش توسط دستگاه فریت سنج انجام شد. نتایج بررسیها نشان داد که افزایش فرکانس پالس، موجب ریز شدن شدید دانه، افزایش میزان استنیت و انرژی ضربه فلز جوش میشود.

مقدمه
جوشکاری فلز غیرمشابه به طور وسیعی جهت اتصال فولادهای زنگ نزن به مواد دیگر استفاده میشود. این روش اغلب در جایی به کار می رود که تغییر حالتی در خواص مکانیکی و یا کارایی در سرویس لازم باشد .صنایع نفت، گاز و پتروشیمی برای کاربردهای خشکی و دریا از لولههای API و دیگر مواد مشابه استفاده میکنند. یکی از کاربردهای مهم لولههای API بهرهبرداری و انتقال مواد هیدروژنی میباشد. مشکل خوردگی و نشت، به خصوص سه متر بالاتر و سه متر پایین تر از سطح آب دریا در این فولادها دیده شده است. آب دریا و جزر و مد آن باعث اعمال سیکلهای تر و خشک بر روی بالابر میشود که موجب تشویق خوردگی و بنابراین شکست لولهها میشود . فولادهای دو فازی به واسطه ترکیبی از خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی عالی برای کاربردهایی که امکان خوردگی به واسطه آب دریا وجود دارد مناسب میباشد؛ بنابراین یکی از راهحلهای این مشکل جایگزینی فولادهای API در نواحی ترشح با فولادهای زنگ نزن دوفازی میباشد. .[2] فرایند جوشکاری قوسی معمولی در صورت انتخاب پارامترهای مناسب جهت حفظ توازن فریت- استنیت در فلز جوش، میتواند برای جوشکاری فولادهای دوفازی استفاده شود. مهمترین مشکل جوش پذیری فولادهای دوفازی تغییر توازن فریت - استنیت میباشد. اگر فریت بیشتر از استنیت باشد رسوب فازهای بین فلزی مانند سیگما بر مقاومت خوردگی و چقرمگی فولادهای دو فازی تأثیر میگذارد؛ به عبارت دیگر تأثیر فرایند جوشکاری بر فولادهای API کمتر از فولادهای دو فازی میباشد. برای حداقل کردن این تأثیرات انتخاب دقیق مواد و متغیرهای جوشکاری مهم میباشد . در فرایند تیگ پالسی، جریان جوشکاری به سرعت از یک مقدار بالایی به مقدار پایینی زمینه تغییر میکند که این کار سبب ایجاد بخیههایی به صورت نقطه جوشهای روی هم قرار گرفته میشود. ذوب در طول مدت زمان جریان بالایی و انجماد در طول زمان جریان زمینه رخ میدهد. شکل زیر طرح شماتیکی از جریان در فرایند تیگ پالسی را نشان میدهد.

شکل - 1 طرح شماتیک جریان در فرایند .[3] PCGTAW

جریان پالس، = IB جریان زمینه، tp   زمان جریان پالس
و tB    زمان جریان زمینه میباشد.
جریان بالایی رسوب مناسب و شکل دانه جوشکاری را کنترل میکند. با توجه به اینکه در این تکنیک گرمای ورودی به فلز پایه کاهش مییابد منطقه ذوب دانه ریزتر بوده و کیفیت جوش بالاتر است .[4] تمام مزایای فرایند تیگ پالسی به بهبود خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی کمک میکند .[5] نتایج تجربی مبنی بر این است که افزایش فرکانس پالس فرایند جوشکاری تیگ پالسی میتواند تمرکز دانسیته انرژی منبع حرارتی را افزایش دهد؛ بنابراین با افزایش فرکانس پالس تنشهای باقیمانده جوش یک فولاد زنگ نزن میتوانند کاهش یابند .[6] با افزایش فرکانس پالس سختی فلز جوش فولاد زنگ نزن فریتی حاوی 21 درصد وزنی کروم کاهش مییابد .[7] به طور معمول جریان پالسی 1/5 تا 2 برابر جریان حالت پایدار برای کار مشابه تنظیم میشود. زمان تناوب برای جریان زمینه و پالس دارای اهمیتی برابر با مقدار این جریانها است؛ بطوریکه مقدار جریانها اندازه و عمق نفوذ نقطه جوشها را کنترل میکند و زمان جریانها سرعت انجماد مهره ذوبشده را معین میکند. اگر محل جوش خیلی بزرگ شود، زمان پالس کاهش داده میشود و اگر نفوذ خیلی زیاد باشد اندازه جریان پالس کاهش داده میشود. فرکانس پالس و سرعت جوشکاری به میزان روی هم قرارگرفتگی مورد نیاز در نقطه جوشها بستگی دارد. یکی از روشهای رایج جهت جوشهای غیرمشابه GTAW میباشد، اما با توجه به متغیرهای بیشتر فرایند PCGTAW امکان کنترل بیشتر ریزساختار و بهبود خواص وجود دارد. به طور کلی جوشکاری تیگ پالسی برای مواد با ضخامت کم و متوسط مانند فولادهای زنگ نزن و در جاهائیکه کنترل متالورژیکی فلز جوش بحرانی است مناسب میباشد. تمام این مزایا به بهبود خواص مکانیکی و مقاومت خوردگی کمک میکند .[8] لذا مطالعه حاضر به منظور بررسی تأثیر فرکانس پالس بر خواص مکانیکی اتصال غیرمشابه 2205/API x80 انجام گرفته است.

روش تحقیق
در این پژوهش نمونههایی از فولاد زنگ نزن دو فازی 2205 و فولاد کم آلیاژ استحکام بالای API X80 با ابعاد   تهیه شد. جوشکاری به روش PCGTAW با جریان DCEN1 و فلز پرکننده ER2209 انجام شد. جدول 1 ترکیب شیمیایی فلزات پایه و فلز پرکننده را نشان میدهد. طرح اتصال مورد استفاده در این پژوهش جناغی یک طرفه با زاویه شیار 70 درجه میباشد. به منظور بررسی تأثیر فرکانس جوشکاری در فرکانسهای 5، 10 و 15 هرتز انجام شد. پارامترهای جوشکاری در جدول 2 آورده شده است.

جهت محاسبه حرارت ورودی از فرمول:
 استفاده شده است که HI حرارت ورودی بر حسب کیلوژول بر میلیمتر، V ولتاژ بر حسب ولت، S سرعت پیشروی بر حسب میلیمتر بر ثانیه و Im جریان میانگین. جریان میانگین از فرمول زیر محاسبه میشود:

جدول - 1 ترکیب شیمیایی - wt% - فلزات پایه و پرکننده.

جدول - 2 پارامترهای جوشکاری.      

 پس از اتمام جوشکاری نمونههای آزمون ضربه چارپی طبق استاندارد ASTM E23به ابعاد    توسط دستگاه وایرکات برش داده شدند و با دستگاه SMSLER آزمون  ضربه انجام شد. نمونههای جوش جهت بررسی متالوگرافی و پروفیل  میکروسختی - اعمال نیروی 100 گرم در زمان 10 ثانیه - از نمونههایجوش دادهشده تهیه و مورد بررسی قرار گرفت. میزان فریت فلز جوش توسط دستگاه فریت سنح اندازهگیری شده است . تصاویر سطح شکست نمونهها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفت.

نتایج و بحث
شکل 2 تصاویر میکروسکوپ نوری فلزات پایه را نشان میدهد. میکروساختار فولاد زنگ نزن دو فازی شامل میزان تقرباًی برابری از فریت و استنیت میباشد. تمام فولادهای زنگ نزن دوفازی تقرباًی به صورت صد در صد فریتی منجمد میشوند و این ریزساختار متعادل شده به استحاله حالت جامد به استنیت وابسته است. میکروساختار فولاد کم آلیاژ استحکام بالای API x80 شامل فریت سوزنی همراه با جزایر M-A1 میباشد. ریز ساختار این فولادها حاصل عملیات ترمومکانیکال و وجود عناصر میکروالیاژی موجود در انها میباشد.

شکل - 2 ریزساختار فلزات پایه الف - 2205 ب - API X80

شکل 3 تصاویر میکروسکوپ نوری فلزات جوش با فرکانسهای 5، 10 و 15 هرتز را نشان میدهد. با توجه به شکل ساختار فلز جوش نیز شامل فریت و آستنیت میباشد. درصد فریت فلز جوش حاصل از آزمون فریت اسکوپ در جدول 3 آورده شده است.

شکل - 3 میکروساختار فلز جوش در فرکانسهای مختلف الف - 5HZ ب - HZ10ج - HZ15

جدول - 3 میزان فریت و آستنیت فلز جوش.

چون انجماد به صورت فریتی رخ میدهد و در پایان انجماد استنیت تشکیل نمیشود، فریت در حالت جامد در دمای بالا پایدار میباشد . با افزایش فرکانس پالس دانههای فریت تشکیلشده ریز تر میشود که این اثر ناشی از شکسته شدن بیشتر دندریتها است

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید