بخشی از مقاله
چکیده
ریز ساختار فلز جوش تاثیر بسیار زیادی بر خواص اتصال حاصل از فرایند جوشکاری دارد. ریز بودن و همگن بودن ساختار فلز جوش باعث بهبود خواص مکانیکی از جمله استحکام و چقرمگی جوش می شود. در این پژوهش تاثیر شدت های مختلف ارتعاش الکترومغناطیسی بر ریز ساختار و سختی اتصال جوش فولاد A387-Gr.11 به روش جوشکاری قوس الکترود دستی - SMAW - ، با الکترود E8018 B2 مورد بررسی قرار گرفته است.
برای بررسی ریز ساختار از میکروسکوپ نوری و برای بررسی سختی از دستگاه تست سختی به روش ویکرز استفاده شد. مشاهده شد که در اثر افزایش شدت میدان مغناطیسی، ساختار فلز جوش ریز دانه تر شده اما با توجه به افزایش فاز فریت و نرم بودن این فاز سختی جوش کاهش یافته است. هم چنین به علت عدم تشابه فلز پایه و فلز پرکننده، رشد رونشست دانه های فلز جوش در مرز ذوب در نمونه ها مشاهده نشد. علاوه بر این رشد دانه های فلز پایه در ناحیه متاثر از حرارت - HAZ - و در مجاورت مرز ذوب دیده شد.
.1 مقدمه
فولادهای کم آلیاژ Cr-Mo به طور وسیعی در اجزاء گوناگون نیروگاه های حرارتی و صنایع پتروشیمی به دلیل دارا بودن خواص مقاومت به خزش، مقاومت به خوردگی و استحکام بالا، استفاده می شوند. قطعاتی که از این مواد ساخته می شوند شامل لوله های بویلرها، مخازن تحت فشار، لوله های مبدل های حرارتی عظیم و... می باشند که اغلب محدوده های دمایی بالا - - 350- 600 œC با تنش حدود 15-30MPa را برای دوره زمانی بیش از 30 سال تجربه می کنند.
این فولاد ها دارای 0,5 تا 9 درصد کروم و 0,5 تا 1درصد مولیبدن بوده و مقدار کربن آن ها معمولاَ کمتر از 0,2 درصد می باشد.کروم باعث بهبود مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی شده و مولیبدن استحکام در درجه حرارت های بالا را افزایش می دهد.این فولادها به طور کلی به صورت نرماله- تمپر، کوئنچ-تمپر یا آنیل شده، تهیه می شوند
ریز دانه بودن ساختار جوش اثر قابل ملاحظه ای بر بهبود خواص آن دارد. از روش های گوناگونی برای ریزدانه کردن ساختار جوش ، از قبیل اضافه نمودن ذرات جوانه زا به حوضچه جوش و یا ایجاد لرزش در حوضچه جوش در هنگام جوشکاری استفاده می کنند.ایجاد لرزش در حوضچه جوش در حین انجماد باعث شکسته شدن نوک دندریت های انجمادی و ایجاد محل های زیاد و مناسبی برای جوانه زنی شده که در نهایت ، ریزساختار جوش حاصل، دانه های ریزتری خواهد داشت.از طرفی لرزش حوضچه جوش اندکی باعث افت دمای حوضچه جوش شده و موجب پایداری بیشتر دندریت های شکسته شده می شود.
در این راستا سینق1 و همکاران، به منظور بررسی استحکام و خواص جوش ، عملیات لرزش مکانیکی را در فرایند جوش لبه ای به روش SMAW ایجاد کردند. آنها دریافتند که به دلیل شکسته شدن دندریت ها بدون کاهش در چقرمگی ، استحکام تسلیم - YS - و استحکام کشش نهایی - UTS - افزایش یافته است.تحقیقات آنها نشان داد که فلز جوش در وضعیت لرزش مکانیکی بهبود خواص میکروساختاری و میکروسختی حاصل از شکسته شدن دندریت ها را به همراه دارد.
میر کریمی و همکاران، خواص مکانیکی و منطقه مخلوط نشده - Unmixed Zone - در اتصال غیر همجنس فولاد کم آلیاژ فریتی A387-Gr.11 به فولاد زنگ نزن آستنیتی A240-TP.316رامورد بررسی قرار دادند. این اتصال توسط فرایند جوشکاری قوس تنگستن-گاز با دو جریان ثابت و پالسی و با استفاده از دو فلز پرکننده پر کاربرد انجام گرفت.آنها مشاهده کردند که انرژی ضربه نمونه های جوشکاری شده توسط جریان پالسی بیشتر از نمونه های جوشکاری شده با جریان ثابت است که دلیل این امر ، ریزتر شدن ساختار و افزایش میزان فریت در آن می باشد. علاوه بر این جریان پالسی به دلیل حرارت ورودی کمتر و ایجاد اختلاط بیشتر کاهش پدیده های متالورژیکی نامطلوب مانند منطقه مخلوط نشده را در پی داشته است.
در پژوهش حاضر اثر ارتعاش الکترومغناطیسی بر ریز ساختار و سختی اتصال جوش فولاد کم آلیاژ فریتی A387-Gr.11 به روش جوشکاری قوس الکترود دستی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این تحقیق تلاش برای ریز کردن دانه در ساختار فلز جوش حاصل، بهبود خواص اتصال و کاهش حساسیت به ترک داغ از طریق اعمال ارتعاش در فلز جوش می باشد.
.2 مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از فولاد کم آلیاژ فریتی A387-Gr.11 به عنوان فلز پایه استفاده شد. نمونه ها در ابعاد 100×50×10 mm آماده شدند.جوشکاری با استفاده از فرایند SMAW و قطبیت مثبت - - DCEP با استفاده از فلز پرکننده E8018 B2 و بدون عملیات پیشگرمایش در حالت 1G انجام گرفت.ترکیب شیمیایی فلز پایه و فلز پرکننده در جدول 1 آمده است.
برای بررسی اثر شدت میدان الکترومغناطیسی برمیزان لرزش فلز جوش و تاثیر آن بر ریز ساختار و سختی، از دستگاه اعمال لرزش الکترومغناطیس که شماتیک آن در شکل 1 نشان داده شده است، استفاده شد. شدت های مختلف میدان الکترومغناطیسی با تغییر ولتاژ ورودی به سیم پیچ مسی، در ولتاژهای 0،12،20و30 ولت، همزمان با جوشکاری نمونه ها اعمال گردید. پس از عملیات جوشکاری جهت انجام متالوگرافی و بررسی های ریز ساختاری مطابق با استاندارد ASTM E3 نمونه هایی از قطعات جوشکاری شده استخراج گردید.
نمونه ها پس از سنباده زنی با سنباده های کاربید سیلیسیم 220،400 ،600،800،1500،2500،3000 با استفاده از خمیر الماسه 0,3 میکرون صیقل کاری نهایی شده و در نهایت با محلول اچانت شیمیایی نایتال 3 درصد حکاکی شدند. از تصاویر میکروسکوپ نوری برای بررسی ریز ساختار فلز جوش، ناحیه متاثر از حرارت - HAZ - و فلز پایه استفاده گردید. هم چنین با استفاده از دستگاه سختی سنجی به روش ویکرز تحت بار30 کیلوگرم با زمان اعمال 12 ثانیه، بررسی های سختی فلز جوش صورت پدیرفت.
