بخشی از مقاله
چکیده
جوشکاري به وسیلهي پرتوهاي لیزر، یک روش مهم براي پیوند آلیاژهاي نازك ورقهاي آلومینیوم- تیتانیوم با کاربردهاي روزافزون آن در زمینه هوافضا، هواپیما سازي، خودروسازي، الکترونیک، پزشکی و سایر صنایع است. در این پژوهش به پیشرفت در زمینه جوشکاري لیزري ورقهاي نازك آلومینیوم- تیتانیوم پرداخته شده است و برخی از جنبههاي مهم مانند ریزساختار، نقصهاي متالوژیکی و خواص مکانیکی این نوع جوش مورد بحث قرار میگیرد.
-1 مقدمه
جوشکاري پرتو لیزري - LBW - ورقهاي نازك سختتر از نوع ضخیم آن است. ورودي گرماي زیاد در فرآیند جوشکاري منجر به مشکلات مختلفی از قبیل برش، سوختگی، تخلخل و تركخوردگی می شود. بنابراین انتخاب فرآیند جوش و روش آن مهم است. جوشکاري پرتو لیزري میتواند در فشار و دماي محیط استفاده شود. از جمله مشکلات جوشکاري لیزري فلزات نازك، از دست دادن مواد به علت تبخیر و کنترل ناکافی گرما است که منجر به برش و ذوب مواد میشود . جوشکاري در ورقهاي نازك با ضخامت کمتر از 1 میلیمتر فلزاتی نظیر مس، فولاد ضد زنگ و آلیاژهاي آلومینیوم گزارش شده است، اما مطالعات اندکی روي ورقهاي نازك آلیاژهاي آلومینیوم- تیتانیوم انجام شده است.
-2 اصول کلی فرآیند جوشکاري پرتو لیزر
جوشکاري لیزري یک فرآیند پیوند ذوبی است که باعث ایجاد همبستگی مواد به دلیل گرماي حاصل از یک پرتو متمرکز از نور تک رنگ میشود و سپس با چگالی بالا در قطعه کار روي یک نقطه کوچک متمرکز میشود. معمولا از گازهاي بی اثر مانند هلیوم و آرگون به عنوان محافظ براي جلوگیري از اکسید شدن گودال مذاب و فلز پرکننده استفاده میشود. لیزرهاي مورد استفاده عمدتا شامل لیزر Nd:YAG با طول موج حدود 1 میکرومتر و لیزر CO2 با طول موج 10/6 میکرومتر است. در جوشکاري با پرتو لیزر، متغیرهاي هندسی جوشکاري به شدت تحت تاثیر پارامترهاي فرآیند مانند فرکانس پالس، سرعت جوشکاري، انرژي ورودي و گاز محافظ است.
مشخص شده است که شکل دانه بندي و رشد رابط خط جوش، به جریان پایین رونده و بالا رونده در بستر حوضچه مذاب که در شکل 1 قسمت هاي - a - و - b - نشان داده شده است بستگی دارد.
شکل :1 حوضچه مذاب - a - مرحله ي اولیه، - b - مرحله ي پایدار[1]
-3 جوشکاري ورقهاي آلومینیوم- تیتانیوم
محمد نعیم و همکاران[2] آلومینیوم و تیتانیوم را به یکدیگر جوش دادند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، مقیاس جوش بسیار گسترده است اما نفوذ به ورق آلومینیومی بسیار کم است.
شکل :2 تصویر ماکروگراف از جوش آلیاژ آلومینیوم و تیتانیوم[2]
نانوساختار جوشکاري مفصل شامل دانههاي آلومینیوم در نزدیکی ساختار اوتکتیک سه تایی شامل Al، Si و Mg2Si است. خط ذوب با نانوساختار هیپوئوتکتیک مناسب، با انتشار عنصر سیلیسیم از حوضچه جوش به ناحیه نیمه مذاب در سطح جامد و مایع تشکیل شده است. شکل بلور ستونی با جهتگیري مشخص هدایت گرمایی در شکلهاي - a - 3 تا - d - مشخص شده است. کریستالهاي متقاطع در بافت جوشکاري به علت مخلوط شدن با سیم پرکننده و نرخ بالاي خنک کننده تشکیل شده است.
شکل :3 رفتار کریستالی مفصل جوش ذوبی : - a - شکل حوضچه جوش و انتشار عنصر سیلیسیم، - b - تشکیل منطقه بلور ستونی، - c - انجماد جوش، - d - شکل گیري مفصل
ژیهوا سانگ و همکاران[3] روي رفتار میکروسازههاي منطقه جوش خورده متشکل از آلیاژ آلومینیوم وتیتانیوم با ترکیب سیلیسیم در ابعاد نانو با ساختار کامل Ti7Al5Si12 و شکل ظاهري TiAl3 مطالعه کرده اند که در شکل 4 مشاهده می شود.
شکل :4 ساختار اتصال آلومینیوم- تیتانیوم و مسیر شار جریانهاي آلومینیوم و تیتانیوم[3]
شکل 5 قسمت - a - بخش پایینی جوش که در آن دو ورق به یکدیگر متصل هستند را نشان میدهد. در ریشه ي جوش یک ناحیه حدود 150 میکرومتر عرض دارد که آلومینیوم آن ذوب شده است اما با باقی مانده از استخر جوش مخلوط نشده است. رابط بین فلز متخلخل و آلومینیوم ذوب شده مادهاي پیچیده است که مخلوطی از ورقهاي ذوب شده است.
در شکل 5 قسمت - b - منطقه اي مشاهده میشود که صفحات نقطه ذوب پایین دارند و با وجود ذوب شدن با مخزن اصلی جوش مخلوط نشده اند. همچنین اتصال تیتانیوم به آلومینیوم که در منطقه غنی از آلومینیوم است، حاوي چند ترك در ابعاد میکرو است که به علت رقیق بودن زیاد، با تیتانیوم فاز هاي بین فلزي شکننده را ایجاد کرده است. در طی فرآیند سرد شدن، انتشار ترك و شکستگی بین کریستالی در ناحیه ي همجوشی نمونه هاي مفصل جوش رخ داده است. علاوه بر این، پارگی مجرا پس از طی یک مسیر طولانی و به هم پیوستن تركها رخ می دهد.
شکل - a - :5 تصویر میکروگراف ریشه ي جوش بین آلیاژ آلومینیوم و تیتانیوم، - - b تصویر میکروگراف ترك حاصل از سرد شدن
-4 نتیجه گیري
در جوشکاري ورقهاي نازك، پرتو لیزر روي سمت آلومینیومی تمرکز داده میشود تا تاثیر انحراف لیزر روي نانوساختارها، خواص مکانیکی و شکل پذیري لایه ي بین فلزي در مفصلهاي اتصال ناهمگون مشخص شود. هنگامی که قدرت لیزر کم است به علت مایع مذاب ناکافی و جریان کم عمق، کمبود ذوب در ریشه ي ورق Ti6Al4V نمایان می شود. وقتی که قدرت لیزر یا گرماي ورودي زیاد است، یک لایه ي بین فلزي بیش از حد ضخیم بر روي رابط FZ/Ti6Al4V شکل می گیرد. انحراف لیزر تاثیر زیادي بر ضخامت لایه ي بین فلزي داخلی و خصوصیات مکانیکی مفصل دارد. با افزایش انحراف لیزر ضخامت لایه ي بین فلزي کاهش می یابد و استحکام کششی مفصل افزایش می یابد. در طول سرد شدن، شکاف بین کریستالی در ناحیه ذوب شده رخ میدهد.
