بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند جوشکاری نوردی، روش مناسبی برای ساخت کامپوزیتهای چند لایه از مواد غیرهمجنس است. فویل سربی با روکش قلع، یک فویل فلزی کامپوزیتی است که از قرارگرفتن ورق سرب در بین دو تسمه قلع ساخته میشود. در این تحقیق به منظور ساخت فویل کامپوزیتی قلع/سرب/قلع به روش اتصال نوردی، از آلیاژ Pb96Sb2.5Sn1.5 به عنوان فلز پایه و از آلیاژ Sn97.45Sb2.5Cu0.05 به عنوان روکش استفاده شد.
ابتدا فویلهای کامپوزیتی سه لایه با مقادیر متفاوت ضخامت اولیه تسمههای سرب و قلع تهیه و سپس مقدار استحکام کششی این فویلها بوسیله آزمون کشش اندازهگیری شد. همچنین نمونههایی با درصدهای مختلف کاهش ضخامت آماده و با استفاده از آزمون لایهکنی 90 درجه، استحکام اتصال آنها نیز بررسی شد. در این مقاله اثر دما و زمان عملیات حرارتی بر استحکام کششی کامپوزیت قلع/سرب/قلع مورد ارزیابی قرار میگیرد. نتایج این پژوهش نشان میدهد با افزایش ضخامت اولیه ورق قلع و انجام عملیات حرارتی در دما و زمان بهینه، مقدار استحکام کششی کامپوزیت قلع/سرب/قلع افزایش مییابد. همچنین بیانگر افزایش استحکام اتصال سه لایه، در اثر افزایش درصد تغییر شکل در حین نورد و کاهش ضخامت اولیه ورقها میباشد.
واژههای کلیدی : کامپوزیت، قلع/سرب/قلع، جوشکاری نوردی، آزمون لایهکنی، عملیات حرارتی.
مقدمه
فلزات روکشکاری شده قسمتی از خانواده بزرگ مواد کامپوزیت را تشکیل میدهند، این کامپوزیتها در گروه کامپوزیتهای لایهای - فلز/فلز - قرار میگیرند. ساخت ورقهای چند لایه بوسیله فرآیند نورد، از نظر اقتصادی یکی از موثرترین فرآیندها نسبت به انواع روشهای دیگر است، و فویل سربی با روکش قلع، یک فویل فلزی کامپوزیتی است که از قرارگرفتن ورق سرب در بین دو تسمه قلع ساخته میشود که در صنعت به نام فویل سربی - - Lead Foil عنوان میگردد.
فویل سربی با روکش قلع از جمله نیازمندیهای قطعاتی صنایع مختلف نظیر : صنایع نظامی، الکترونیک و ساختمان میباشد. از این کامپوزیت سه لایه برای جلوگیری از تشعشعات اشعه گاما در فیزیک هستهای نیز استفاده میشود و با توجه به کاربردهای فویل کامپوزیتی سه لایه قلع/سرب/قلع، دستیابی به تکنولوژی ساخت این محصول صنعتی از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. یکی از روشهای تولید این فویل کامپوزیتی، فرآیند جوشکاری نوردی است، و در این روش، یک لایه آلیاژ سرب بین دو لایه آلیاژ قلع قرار میگیرد و همزمان از میان غلتکهای نورد عبور داده میشود، تا با اعمال تغییر شکل کافی جوش سرد بین آنها ایجاد شود.
فرآیند اتصال نوردی یکی از فرآیندهای جوشکاری حالت جامد است که برای برقراری اتصال بایستی پیوندهای اتمی بین اجزاء جوش تشکیل گردد. بنابراین پیوند نورد سرد، بر اساس پیوند اتم به اتم مابین دو سطح قطعاتی که از طریق تماس نزدیک بین سطوح عاری از هرگونه آلودگی متصل میشوند، بنا شده است.با توجه به تعریف فوق مقدار تغییر شکل، یکی از متغیرهای اصلی در این نوع جوشکاری میباشد.گزارش شده است که اتصال تا زمانیکه تغییر شکل به یک میزان تغییر شکل آستانهای نرسیده باشد، ایجاد نمیشود.
همچنین قبل از فرآیند اتصال نوردی، عملیات آمادگی سطحی برای بهبود جوش سرد بین لایهها، روی سطوح آنها انجام میشود. این عملیات بسته به نوع فلزات - لایه ها - متفاوت میباشد. باید توجه داشت که برای ترکیبات مختلف یک روش خاص آمادهسازی سطحی، استحکام بهینه جوش را بدست میدهد و طبق تحقیقات انجام شده، چربیزدائی و برسکاری سطوح اتصال لایههای آلیاژ سرب و قلع، بالاترین استحکام جوش سرد بین آنها را به دست خواهد داد.
به دلیل آنکه فویلهای کامپوزیتی قلع سرب قلع در صنعت باید تحت فرآیندهای مختلفی مانند برش، خمش و کشش قرار گیرند، خواص مکانیکی آنها و همچنین استحکام اتصال بین لایه های قلع و سرب از اهمیت زیادی برخودار است. عوامل مختلفی از جمله درصد کاهش سطخ مقطع در حین نورد، آماده سازی سطوح، عملیات حرارتی بعد از اتصال نوردی و ضخامت اولیه ورقها بر روی استحکام اتصال موثر هستند.
با توجه به اینکه تاکنون تحقیقات و پژوهشی در داخل کشور در این زمینه انجام نشده است، لذا در این تحقیق تاثیر میزان کاهش ضخامت در حین نورد، ضخامت اولیه ورقها و عملیات حرارتی بعد از نورد بر میزان استحکام کششی کامپوزیت قلع/سرب/قلع و همچنین بر مقدار استحکام اتصال بین لایهها بررسی شد. پس از انجام ذوب و آلیاژسازی در کوره الکتریکی، عملیات همگنسازی شمش آلیاژ سرب، در دمای 260℃ به مدت دو ساعت و شمش آلیاژ قلع در دمای 100℃ به مدت یک ساعت انجام گردید.
بعد از این مرحله، تسمههای سرب و قلع با ضخامت اولیه مناسب در ابعاد معین بریده و قبل از عملیات جوشکاری نوردی، سطوح اتصال آماده سازی شدند. فرآیند آمادهسازی شامل چربیزدایی در استون و برسکاری سطوح، با استفاده از یک برس تخت دارای سیمهایی از جنس فولاد زنگنزن به قطر 0/35 میلیمتر، است. سپس تسمههای قلع در دو طرف تسمه سربی به صورت سه لایه بر روی یکدیگر قرار داده و تحت عملیات نورد، جوشکاری سرد شدند. برای انجام عملیات نورد، یک دستگاه نورد چهار غلتکه آزمایشگاهی با غلتکهایی به قطر - 12Cmغلتک اصلی - و - 18Cmغلتک پشتیبان - و سرعت 8/5 دور در دقیقه مورد استفاده قرار گرفت.
نمونه های کامپوزیتی سه لایه قلع/سرب/قلع در دو مرحله، ابتدا فویلهای کامپوزیتی Sn/Pb/Sn با مقادیر متفاوت ضخامت اولیه تسمه های سرب و قلع تهیه و استحکام کششی این فویلها بوسیله آزمون کشش اندازهگیری شد. در مرحله دوم، تعدادی نمونه به جهت بررسی درصد کاهش ضخامت و بدست آوردن مقدار تغییرشکل آستانه ای در ضخامتهای متفاوت، جوشکاری نوردی شدند.
