بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، تأثیر تغییر ترکیب شیمیایی فلز پرکننده بر ریزساختار و خواص مکانیکی ناحیه جوش آلومینیم 5083 به روش قوسی تنگستن-گاز با استفاده از چهار فلز پرکننده ER4043 و ER4047 و ER5183 و ER5356 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکیست ساختار ناحیه جوش شامل دانه های محلول جامد آلفا به همراه توزیع ترکیبات فلزی نامحلول - Mg2Si - در زمینه می باشد .
نتایج تست کشش، نشان می دهد نمونه هایی که با فلز پرکننده 5183 و 5356 جوشکاری شدند از ناحیه متأثر از حرارت و با درصد ازدیاد طول بیشتر و به صورت نرم دچار شکست شدند؛ اما نمونه هایی که با فلز پرکننده4043 و 4047 جوشکاری شده اند از ناحیه جوش و با درصد ازدیاد طول کمتر و به صورت ترد دچار شکست گردیدند. در تست خمش نمونه ای که با فلز پرکننده 5356 جوشکاری شده هیچگونه ترکی مشاهده نشده است. بیشترین مقدار سختی مربوط به ناحیه جوش نمونه 4047 و کمترین مقدار سختی مربوط به ناحیه جوش نمونه ای که با فلز پرکننده 5356 جوشکاری شده است.
مقدمه
آلیاژهای آلومینیم بطور گسترده در صنایع اتومبیل سازی، هوافضا و کشتی سازی مورد استفاده قرار می گیرد. با افزایش تقاضا برای تجهیزات سبک وزن، کاربرد این آلیاژها بسیار گسترده شده است آلیاژ آلومینیوم- منیزیم AA5083 جزء آلیاژهای عملیات حرارتی ناپذیر سری 5XXX می باشد. این آلیاژ دارای خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی بالا،قابلیت جوشکاری خوب ،انعطاف پذیری بالا و قابلیت شکل پذیری بالا می باشد. وجود حدود 5 درصد منیزیم در این آلیاژ،استحکام را از طریق استحکام دهی محلول جامد افزایش می دهد و باعث افزایش کار سختی می شود.علاوه بر آلومینیوم و منیزیم عناصر دیگری مانند منگنز، سیلیسیم،کروم،آهن و تیتانیم از دیگر عناصر مهم در این گروه از آلیاژها می باشند.منگنز مانند منیزیم با تشکیل محلول جامد باعث افزایش استحکام و انعطاف پذیری می شود.کروم باعث افزایش مقاومت به خوردگی تنشی شده و تیتانیم به عنوان ریز دانه کننده استفاده می شود.
در این آلیاژ سه نوع رسوب میتوان مشاهده نمود، رسوبات غنی از آهن - Al-Fe-Mn - که نمایانگر رسوبات Al6 - Fe-Mn - هستند که گاهی علاوه بر Al،Fe،Mn مقداری Cr هم دیده میشود - Al - Fe . - Mn -Cr - - رسوبات شامل سیلیسیم و منیزیم - Al-Mg-Si - که نمایانگر رسوبات Mg2Si هستند و رسوبات غنی از منیزیم - Al-Mg - که نمایانگر رسوبات Al3Mg2 هستند .
در فرآیند 4GTAW حرارت بالایی به صورت متمرکز ایجاد می شود و این ویژگی ها باعث می شود تا در آلیاژ آلومینیم5083 جوشکاری شده با فرآیند GTAW ، تنش های پسماند بوجود آید که این عیب، می تواند باعث بروز مشکلاتی مانند ترکهای هیدروژنی و ترکهای خوردگی تنشی گردد. در فرایندهای ذوبی به دلیل پایین بودن تمرکز حرارتی، انتقال حرارت به صورت غیر همگن، ایجاد فاز سخت در ناحیه متاثر از حرارت 5 - HAZ - ، افت شدید خواص مکانیکی و همچنین ایجاد پیچیدگی و تغییرات ابعادی، استفاده از پارامترهای مناسب از جمله یک فلز پرکننده مناسب مورد نیاز است .
لذا در این پژوهش با تغییر ترکیب شیمیایی فلز پرکننده از جمله از سری های مختلفی مانند ER5183 و ER5356 و ER4043 و ER4047 استفاده می شود تا یک ریزساختار و خواص مکانیکی بهینه بدست آید و فلز پرکننده مناسبی جهت اتصال لب به لب ورق های آلومینیم5083 تحت فرآیند GTAW تعیین گردد.
روش تحقیق
در این تحقیق یک ورق آلومینیم5083-H321 به ابعاد 500mm×320mm×3mm و چهار فلز پرکننده مختلف،ER5183 و ER5356 و ER4043 و ER4047 استفاده شده است. ترکیب شیمیایی فلز پایه با دستگاه کوانتومتر مطابق با استاندارد ASTM E406-81 آنالیز عنصری شد و ترکیب شیمیایی فلزات پرکننده مطابق با استاندارد AWS D5.10 در جدول - 1 - ارائه شده است در تمامی موارد از سیم جوشهای با قطر 2,4 میلیمتر استفاده شد. نمونه ها با استفاده از روش جوشکاری قوسی-الکترود تنگستنی با گاز محافظ با نوع جریان AC در یک پاس جوشکاری شدند. الکترود مصرف نشدنی مورد استفاده، الکتترود تنگستنی با قطر 3,2 میلیمتر بود. گاز آرگون با خلوص 99,9999 درصد بوده که پارامترهای به کار گرفته شده طی این فرآیند بصورت دقیق در جدول - 2 - آمده است.
به منظور بررسی ریز ساختار نمونه های با اندازه 25×10×5 میلی متر از نمونه ها جدا شد. به منظور آنالیز نمونه تهیه شده به مدت 20 ثانیه در محلول 12ml HCL ،1ml H2O، 1ml HF،6ml HNO3 اچ گردید. برای بررسی خواص مکانیکی،تست کشش و خمش فلزات جوش بر اساس استاندارد ASME SEC.IX انجام شد.
نتایج و بحث
شکل 1، میکروساختار مربوط به فلز پایه را توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی نشان می دهد. همانطور که در شکل مشاهده می شود فلز پایه دارای رسوبات Al-Fe-Mn نسبتا بزرگ و با رنگ روشن و همچنین رسوبات Al-Mg-Si با اندازه های کوچکتر و به صورت کروی مانند با رنگ تیره و رسوبات ریز Al-Mg با رنگ تیره اما روشن تر از Al-Mg-Si می باشد. آلیاژ آلومینیم5083H321 یک آلیاژ کارسرد شده است که در برابر حرارت ناشی از جوشکاری، این منطقه مورد بازیابی، تبلور مجدد و رشد دانه قرار می گیرد. همچنین این حرارت ورودی باعث می شود که رسوبات به سمت مرزدانه ها حرکت کرده و یک شبکه پیوسته را تشکیل دهند. در جدول 3 آنالیز ترکیبات ارائه شده است.
شکل 2، ریزساختار فلز جوش با استفاده از فلز پرکننده ER5183 را با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می دهد. ساختار منطقه جوش یک ساختار ریز هم محور بوده و زمینه ی محلول جامد آلفا به همراه توزیع ترکیبات فلزی نامحلول در زمینه قابل مشاهده است. ذرات نامحلول بین فلزیMg2Si است، زیرا سرعت سرد شدن و انجماد آنقدر زیاد است که از تشکیل Mg2Al3 جلوگیری می شود. همان طور که در شکل 2 قسمت - ب - ، ملاحظه می شود رسوبات A نشان دهنده رسوبات Al-Mn-Fe میباشد. رسوبات B نشان دهنده رسوبات Al-Mg-Si میباشد، و رسوبات Al-Mg با Cمشخص شده اند مقدار و اندازه رسوبات Al-Mg-Si در فلز جوش بیشتر از HAZ و در HAZ بیشتر از فلز پایه است.
