بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش تاثیر جوشکاري ذوبی GTA بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد HSLA-100 که توسط فرآیند رسوب سختی و عملیات ترمومکانیکی کنترل شده استحکام بخشی شده است، مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور جوشکاري در حرارت-هاي ورودي 0/7، 0/9 و 1/10 kJ/mm بصورت بستر جوش روي ورق انجام گرفت. ارزیابیهاي ریزساختاري توسط میکروسکوپ نوري و بررسی خواص مکانیکی بوسیله آزمونهاي ریزسختیسنجی و کشش انجام شد.
بررسیهاي ریزساختاري حاکی از آن است که ریزساختار ناحیه جوش متشکل از بینیت دانهاي، فریت سوزنی، فریت چند وجهی و مقدار کمی مارتنزیت میباشد که با افزایش حرارت ورودي مقدار فریت سوزنی و فریت چند وجهی بطور نسبی افزایش یافته است. از طرف دیگر، با افزایش حرارت ورودي در ناحیه HAZ عمده ریزساختار را بینیت به همراه کمی مارتنزیت تشکیل میدهد.
اندازه دانهها نیز در هر دو ناحیهي جوش و HAZ نسبت به فلز پایه بسیار درشتتر شده و خواص حاصل از عملیات ترمومکانیکی کنترل شده و نیز رسوب سختی در هر دو ناحیه از بین رفته است. با افزایش حرارت ورودي سختی مرکز جوش کاهش نسبی و سختی HAZ افزایش نسبی داشته است. بدلیل ایجاد ریزساختار ذوبی و افت خواص مکانیکی تمامی نمونههاي آزمون کشش از مرکز جوش شکستند.
مقدمه
فولاد HSLA-100 یکی از پرکاربردترین آلیاژهاي مورد استفاده در ساخت سازهها و تجهیزات دریایی نظیر بدنه ناوها، زیر دریاییها، خطوط لوله انتقال و پلها میباشدکه از استحکام، چقرمگی و جوشپذیري بسیار مناسبی برخوردار است. این فولاد در ادامه توسعه فولاد HSLA-80 به منظور کاهش هزینهها بجاي فولاد HY-100 مورد استفاده قرار گرفت. فولاد HSLA-100 بسیار کم کربن بوده و استحکام بخشی آن از طریق فرآیند رسوب سختی با عنصر مس و عملیات ترمومکانیکی کنترل شده انجام یافته است که استحکام و چقرمگی آن حداقل در حد فولاد HY-100 بوده و قابلیت جوشپذیري آن با توجه به عدم نیاز به پیشگرم و نیز استفاده از مواد مصرفی و فرآیندهاي مشابه براي جوشکاري فولاد HY-100 بهبود یافته است
با توجه به اینکه فولاد HSLA-100 رسوب سخت شده توسط مس بوده و داراي کربن بسیار کمی است انتظار میرود پس از جوشکاري ناحیه متأثر از حرارت آن افزایش سختی قابل توجهی نداشته و حتی در نتیجه انحلال مس و درشت شدن دانهها در حین جوشکاري سختی کاهش یابد. با توجه به موارد یاد شده حساسیت این ناحیه به ترك هیدروژنی بسیار کم بوده و این امر سبب جوشپذیري بسیار عالی این فولادها شده است
بیشتر مطالعات انجام گرفته در زمینه جوشکاري این فولاد مربوط به جوشکاري با فرآیندهایی نظیر جوشکاري فلز تحت حفاظت گاز - Giane_o, 1995 - و جوشکاري زیرپودري - Xue, 2003, Shome, 2007 - میباشد که بدین منظور از فلز پرکننده استفاده شده است. در مطالعه دیگري که توسط بی هول و فاکس - 1996 - صورت گرفته، جوشکاري این فولاد با الکترود تنگستنی تحت حفاظت گاز خنثی بدون استفاده از فلز پرکننده انجام شده است که شرایط انجام آن با این پژوهش متفاوت است. شایان ذکر است که بررسیهاي انجام شده در این مطالعات بیشتر بر روي ناحیهي HAZ متمرکز بوده و ناحیهي جوش و خواص مکانیکی آن کمتر مورد بررسی قرار گرفته است.
در پژوهش انجام یافته توسط بی هول و فاکس - 1996 - از ورقی با ضخامت 1 inch و نیز حرارت ورودي 0/7-2/7 kJ/mm استفاده شده است اما در پژوهش حاضر ضخامت ورق به 6 mm و حرارت ورودي به مقادیر پایین محدود شده است که این موارد میتواند سرعت سرمایش و در نتیجه خواص متالورژیکی و مکانیکی را تحت تاثیر قرار دهد.
از طرفی با توجه به اینکه این فولاد علاوه بر مکانیزم رسوب سختی توسط مس از طریق عملیات ترمومکانیکی کنترل شده نیز استحکام بخشی شده است لذا انتظار میرود جوشکاري ذوبی آن خواص حاصل از عملیات ترمومکانیکی کنترل شده و نیز رسوبسختی را از بین برده و تاثیرات منفی بر خواص مکانیکی و متالورژیکی داشته باشد که در این تحقیق این تاثیرات بر روي این فولاد در شرایط بدون استفاده از فلز پرکننده مورد ارزیابی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق
فولاد HSLA-100 مورد استفاده در این تحقیق ورق نورد شده با ابعاد 230×105×6 mm میباشد که ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 ارائه شده است. براي رفع اکسیدهاي سطحی و نیز بهبود کیفیت سطحی نمونهها، در ابتدا سنگزنی صورت گرفت و در ادامه براي تمیزي سطح از چربی و غبار از استن استفاده شد. به منظور جوشکاري نیز از سیستم نیمه اتوماتیک شامل دستگاه GTA و میز متحرك با سرعت ثابت، الکترود تنگستنی با 2 درصد توریم با قطر 3/2 mm، زاویه نوك 60 درجه و نیز قطبیت DCEN استفاده شد. به منظور حفاظت از حوضچه جوش نیز از گاز آرگون با خلوص 99/99 درصد و با دبی 10 lit/min استفاده شد که علاوه بر پرکاربرد بودن آن از لحاظ اقتصادي نیز بصرفه بود.
