بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تأثیر پارامترهای فرایند جوشکاری TIG در اتمسفر محیط، بر اتصال ورق های تیتانیوم خالص تجاری مورد بررسی قرار گرفت. به دلیل حساسیت تیتانیوم و آلیاژهای آن به جذب اکسیژن در دماهای بالا، جوشکاری این آلیاژها دارای شرایط ویژه ای میباشد. بنا بر این برای جلوگیری از جذب اکسیژن در حین جوشکاری تجهیزاتی از قبیل گاز محافظ پشتبند و گاز محافظ دنباله تورچ تهیه گردید. متغیر شدت جریان بهعنوان عامل تأثیر گذار بر حرارت ورودی و دبی گاز محافظ جوشکاری به عنوان عامل موثر بر جذب اکسیژن و تأثیر هم زمان این دو متغیر مورد بررسی قرار گرفته شد. خواص مکانیکی نمونه ها از طریق آزمون استحکام کششی و سختی سنجی مورد بررسی قرار گرفت و بررسیهای میکرو و ماکرو ساختاری توسط میکروسکوپ نوری انجام شد.
مقادیر کیفی اکسیژن جذب شده توسط حوضچه جوش در حین جوشکاری، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیز عنصری EDS اندازه گیری شد.نتایج نشان داد که با افزایش شدت جریان جوشکاری حرارت ورودی افزایش یافته و جذب اکسیژن در یک دبی گاز محافظ تابت تورچ افزایش مییابد و این افزایش اکسیژن جذب شده باعث افزایش سختی نسبی در منطقه جوش میشود. جذب اکسیژن توسط فلز مذاب باعث افزایش استحکام فلز جوش میشود ولی افزایش مقادیر آن باعث ایجاد تردی در این ناحیه میشود.
کلمات کلیدی تیتانیوم خالص تجاری، جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ - GTAW - ، خواص مکانیکی
-1 مقدمه
فلز تیتانیوم و آلیاژهای آن در اوایل دهه 40 میلادی به عنوان یک فلز پرکاربر شناخته شدهاند و کاربردهای صنعتی پیدا کردهاند با این وجود توانسته اند جایگاه ویژه ای در موارد مختلف صنعت به دست بیاورند. خواصی مانند نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت مطلوب در برابر خوردگی، آلیاژهای تیتانیوم را به گزینه مناسب برای کاربردهای صنایع مختلف بهویژه صنایع هوافضا تبدیل کرده است.1]،[ 2 و فازهای اصلی سیستم آلیاژی تیتانیوم میباشد. فاز و به ترتیب دارای ساختار کریستالی HCP و BCC میباشد. تیتانیوم خالص تجاری به دلیل داشتن وزن کم، شکل پذیری مناسب - در مقایسه با آلیاژهای دیگر تیتانیوم - ، جوش پذیری عالی، مقاومت به خوردگی خوب و سازگاری بیولوژیکی خوب برای کاربردهای مختلف صنعتی و پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد.
در واقع مقاومت به خوردگی تیتانیوم خالص تجاری بیشتر از آلیاژهای دیگر تیتانیوم است .[3-5] بهطور معمول تیتانیومهای خالص تجاری غیر آلیاژی، با وجود استحکامنسبتاً کم، برای ساخت مخازن، مبدلهای حرارتی و مخازن راکتور فرایندهای شیمیایی، و نیروگاههای تولید برق مورد استفاده قرار میگیرند.[6]اولین تفاوت بین گروه آلیاژهای تیتانیوم خالص تجاری، تفاوت در مقادیر درصد وزنی عنصر اکسیژن به عنوان یک استحکام دهنده است. بهطور معمول هیدروژن نیز در تیتانیومهای خالص تجاری به صورت ناخالصی، با مقادیر کمتر از 50PPM وجود دارد. در سیستم آلیاژی تیتانیومهای خالص تجاری مقادیر کمی آهن افزوده میشود. افزودن این مقادیر کم آهن باعث افزایش استحکام و بهبود مقاومت به هیدروژن تردی میشود 8]،.[7
ساختار کریستالی تیتانیوم خالص تجاری در دمای 880 درجه سانتیگراد در طی یک استحاله آلوتروپیک از ساختار هگزا گنال - رفاز - به مکعبی مرکز دار - فاز - تغییر میکند. عناصر آلیاژی به شدت بر دمای این استحاله تاثیرگذارند. عناصری که این دما را افزایش میدهند اصطلاحا پایدار کننده های و عناصری که این دما را کاهش میدهند پایدار کننده نامیده میشوند. عناصر بین نشین در ساختار شبکه کریستالی مانند اکسیژن، نیتروژن و کربن پایدار کننده های فاز هستند.10]،.[9با گسترش نیاز صنعت به آلیاژهای تیتانیوم روشهای اتصال این آلیاژها نیز توسعه پیدا کردند. این گروه از آلیاژها را میتوان به وسیله روشهای ذوبی مانند فرایندهایی قوس تنگستن با گاز محافظ - GTAW - ، - GMAW - قوس پلاسما - PAW - ، پرتو لیزر - LBW - وپرتو الکترونی - EBW - جوشکاری کرد .[11]
در دماهای بیشتر از500 درجه سانتیگراد تیتانیوم در معرض جذب اکسیژن نیتروژن و کربن و هیدروژن قرار میگیرد. جذب این عناصر توسط زیر لایه از محیط اتمسفر معمولTی موجب ایجاد ترد شدن میگردد. جوشکاری فلز تیتانیوم به دلیل تمایل به اکسید شدن بسیار زیاد، پیچیدگیها و دشواریهایی را برای طراحان ایجاد میکند. راهحل برای پیشگیری اولیه، محافظت فلز از تماس با اتمسفر معمولی و یا هرگونه آلاینده در حین ذوب شدن، انجماد، و خنک شدن منطقه جوش ذوبی میباشد. بنا بر این برای غلبه بر آلودگی و جذب گاز نیاز به استفاده از محیط جوشکاری خلاء و یا محفظه گاز خنثی میباشد. علاوه بر آلودگیهای محیطی که موجب کاهش داکتیلیته منطقه جوش میشود، رشد بیش از حد دانههای اولیه در فلز جوش و همچنین در منطقه متأثر از حرارت باعث افت خواص مکانیکی میشود..[11-13]
در سالهای اخیر جوشکاری آلیاژهای مورد توجه قرار گرفته است و تحقیقات زیادی در مورد تأثیر روشهای مختلف جوشکاری و مقایسه خواص مکانیکی و ریزساختار حاصل از فرایندهای مختلف بهویژه برای آلیاژ-Ti 6Al-4V و تیتانیوم خالص تجاری صورت گرفته است.تحقیقات نشان داد استفاده از منابع حرارتی متمرکز مانند پرتو لیزر برای جوشکاری ورقهایی با ضخامت کم، به دلیل حجم کم مذاب تشکیل شده و افزایش سرعت سرد شدن، موجب کاهش شدید جذب اکسیژن و ه چنین جلوگیری از رشد بیش از حد دانههای بتای اولیه میشود. 15]،.[14 تحقیقات نشان داد که جوشکاری پرتو الکترونی برای جوشکاری ورقهای آلیاژهای تیتانیوم مناسب میباشد با وجود این اتصال لببهلب با نفوذ کامل توسط فرایند GTAWحاصل میشود..[14]
علاوه بر روشهای ذوبی، آلیاژهای تیتانیوم را میتوان از طریق روش حالت جامد مانند FSW با کیفیت بسیار مناسب جوشکاری کرد. [16] گذارش شده است که پس از جوشکاری تیتانیوم خالص تجاری، ریزساختار منطقه فلز جوش شامل دانههای بزرگ فاز اولیه یا استحاله یافته میباشد.که خطوط باریک و موازی فاز به صورت کلونیهایی از صفحات با جهت گیریهای کریستالی مشابه، در داخل دانههای اولیه تشکیل میشود..[17]هدف از این تحقیق بررسی حفاظت منطقه جوش تیتانیوم خالص تجاری از طریق دبی گاز آرگون تورچ جوشکاری، در شدت جریانهای مختلف میباشد. بنا بر این شدت جریان جوشکاری و شدت فلو گاز محافظ به عنوان متغیرهای تأثیرگذار بر ریزساختار و خواص مکانیکی محل اتصال انتخاب شدند بهطوریکه درابتدا تمام
