بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مطالعه بررسی تاثیر فلاکس های اکسید سیلیسیم و تیتانیم بر عمق نفوذ و ریزساختار انجمادی ناحیه ذوبی فولاد316L جوشکاری شده به روشهای A-TIG و FB-TIG است. بررسیهای ماکروسکوپی سطح مقطع جوش نشانگر دستیابی به بیش ترین عمق نفوذ جوش در روش FB-TIG با استفاده از فلاکس اکسید سیلیسیم است. همچنین مطالعه ریزساختاری نمونهها نشان دهنده تغییرات مورفولوژی ریز ساختار ناحیه جوش از ستونی به هم محور مرکزی با اعمال فلاکس اکسید تیتانیم در روش A-TIG و فلاکسهای اکسید سیلیسیم و تیتانیم در روش FB-TIG میباشد، در صورتی که با اعمال فلاکس اکسید سیلسیم در روش A-TIG مورفولوژی ریزساختار ستونی باقی میماند.
مقدمه
جوشکاری قوس با الکترود تنگستنی تحت حفاظت گاز - - GTAW - که جوشکاری تنگستن-گاز خنثی - TIG - نیز نامیده میشود، قادر به ایجاد جوشهای با کیفیت بالاست. از این رو برای جوشکاری فلزات فعال به کار برده میشود. همچنین در بین آلیاژهای آهنی نیز، فولادهای زنگنزن به طور گسترده با این روش جوشکاری میشوند اما عمق نفوذ کم آن یک محدودیت محسوب میشود. بر این اساس تحقیقات فراوانی تا به امروز در این زمینه صورت گرفته که نتیجهی این تحقیقات منجر به شکل گیری روشهای نوین و بهبود یافته بر پایه GTAW، گردیده است. از این روشها میتوان به پیشگرم کردن فلز پرکننده اشاره کرد. همچنین فرایندهای نوین همچون A-TIG، FB-TIG، K-TIG، U-TIG، M-TIG معرفی گردید. فولادهای زنگنزن گروه وسیع و گستردهای از آلیاژهای ویژهاند که برای مقاومت در برابر خوردگی توسعه یافتهاند. کروم اصلیترین عنصر آلیاژی بهبود دهندهی مقاومت خوردگی در این فولادهاست و برای زنگنزن بودن باید حاوی 12 درصد وزنی کروم به صورت محلول جامد در ساختار خود باشد. فولادهای زنگنزن آستنیتی، معرف بزرگترین گروه فولادهای زنگنزن هستند و در حجم بالاتری نسبت به سایر گروهها تولید میشوند. در این گروه فاز متالورژیکی غالب آستنیت است .[1] فولاد زنگنزن آستنیتی 316، یکی از انواع فولادهای زنگنزن آستنیتی است که به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله لوله سازی، تولید لولههای فوق گرمایش و راکتورها استفاده میشود. جوشکاری این فولادها به روش TIG جوشهایی با کیفیت عالی ایجاد میکند .[2] انواع L این فولادها دارای مقادیر کربن کمتر، با مقدار کربن اسمی 0/03 درصد وزنی میباشند. در این آلیاژها مقاومت به خوردگی بین دانهای در محیطهای خورنده بهبود یافته است. تغییرات حرارت ورودی بر شکل حوضچه جوش، مورفولوژی، ریزساختار، خواص کششی و شکست اتصال جوش فولادهای زنگنزن ِآستنیتی اثر میگذارد . روش جوشکاری A-TIG در اواخر دهه 1950 توسط انستیتو جوشکاری پاتون 1در شوروی سابق ابداع شد. در این روش از یک سری مواد افزودنی تحت عنوان فلاکس استفاده میشود که منجر به افزایش 300 درصدی عمق نفوذ جوش در روش - 9 mm - TIG میشود. فلاکسها عمدتا شامل هالیدهای فلزی، عناصر فعال کننده سطحی مثل گوگرد، اکسیژن - عمدتا به صورت اکسیدهای فلزی - و سلنیم میباشد .[3] در روش جوشکاری FB-TIG نیز همانند A-TIG از فلاکسها جهت افزایش عمق نفوذ و نسبت عمق به پهنا استفاده میشود؛ اما بجای اینکه فلاکس موردنظر به طور کامل محل جوشکاری را بپوشاند، به صورت دو باند موازی در دو طرف محل جوشکاری یا درز اتصال اعمال میشود. ناحیه بدون فلاکس اصطلاحا شکاف نامیده میشود . اعتقاد براین است که در روش FB-TIG به دلیل ایجاد یونهای منفی در قوس و مقاومت الکتریکی دو باند فلاکس و همچنین انقباض قوس اجباری ایجاد شده هنگام استفاده از فلاکسهای با مقاومت الکتریکی و نقطه ذوب بالا، عمقنفوذ افزایش یافته و پهنای جوش نسبت به روش A-TIG کاهش بیشتری مییابد.[5] شکل 1 شماتیکی از روشهای جوشکاری A-TIG و FB-TIG را نشان میدهد. تا کنون مطالعات فراوانی در مورد تاثیر انواع فلاکسها و پارامترها بر عمقنفوذ، شکل حوضچه، ریزساختار و خواص مکانیکی جوش فولادها و سایر فلزات که با این دو فرآیند نوین جوشکاری میشوند، صورت گرفته است -5] .[11 در این مطالعه نیز تلاش شده است تاثیر دو فلاکس SiO2 و TiO2 بر ریز ساختار و عمق نفوذ جوش فولاد زنگنزن 316L جوشکاری شده به دو روش A-TIG و FB-TIG یه حالت مقایسهای با یکدیگر ارایه گردد.
مواد و روش تحقیق
به منظور بررسی عمق نفوذ و ریزساختار جوش فولاد زنگنزن 316L جوشکاری شده به روش A-TIG و FB-TIG با استفاده از فلاکسهای SiO2 و TiO2، ابتدا پارامترهای بهینه جوشکاری با استفاده از منابع و مطالعات قبلی انتخاب شد. سپس اثر این دو نوع پودر اکسیدی بر عمق نفوذ، نسبت عمق به عرض و ریزساختار جوش فولاد زنگنزن 316L در هر دو روش جوشکاری ذکر شده بررسی شد. مواد مورد استفاده در این پژوهش ورقهای فولاد زنگنزن 316L به ابعاد 6*100*100 میلی متر و پودرهای اکسیدی شامل اکسید سیلسیم و اکسید تیتانیم به عنوان فلاکسهای تک جزیی میباشد. برای تهیه سوسپانسیون فلاکس فعال از اتانول صنعتی %97 به عنوان فاز مایع استفاده شد. گاز آرگون با خلوص % 99/99 نیز به عنوان گاز محافظ در حین جوشکاری به کار گرفته شد. از فرآیند جوشکاری قوس با الکترود تنگستن تحت حفاظت گاز خنثی - GTAW - استفاده شد. ابتدا سوسپانسیون تهیه شده از پودرها بر روی ورقهای فولادی با چگالی سطحی mg/cm 5-6 توسط قلم مو اعمال شد. سپس اجرای جوشها به صورت اتوماتیک و بدون درز بر روی یک میز متحرک با قابلیت تنظیم سرعت حرکت صورت گرفت. در حین جوشکاری ولتاژ قوس توسط دستگاه ولتمتر اندازهگیری شد.
پارامترهای جوشکاری مطابق جدول 1 انتخاب شده است.
