بخشی از مقاله
چکیده
هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر پارامترهای لیزر پالسی شامل قله توان، عرض پالس و فرکانس بر روی رفتار عیوب حاصل از جوشکاری لیزر آلیاژ آلومینیم 5456 نظیر ترکهای داغ و تخلخل و به حداقل رساندن آنها جهت دستیابی به یک جوش سالم بود. برای این منظور از یک دستگاه لیزر Nd:YAG پالسی با حداکثر توان متوسط 700W استفاده شد. برای تعیین درصد عناصر تشکیل دهنده و فازهای تشکیل شده در ماده، به ترتیب تستهای کوانتومتری و پراش اشعه ایکس - XRD - گرفته شدند.
جهت مشاهده ریزساختار اچ شده از میکروسکوپ نوری - OM - استفاده شد. در جوشکاری با لیزر، تاثیر پارامترهای لیزر روی رفتار ترک داغ و هندسه جوش مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش قله توان از 2-3/16KW در عرض پالس 6ms و فرکانس 20Hz، عرض و عمق جوش افزایش پیدا کرده و نسبت مساحت ترکهای داغ در ساختار جوش به سطح مقطع جوش از 0/020 به 0/012 کاهش یافته است.
با افزایش فرکانس از 40-60Hz در توان متوسط 300W و عرض پالس 3ms، عرض جوش افزایش ولی عمق آن کاهش پیدا کرده است و نسبت مساحت ترکهای داغ در ساختار جوش به سطح مقطع جوش از 0/052 به 0/029 کاهش یافته است. با افزایش عرض پالس از 6-8ms در توان متوسط 300W و فرکانس 20Hz، عرض و عمق جوش کاهش پیدا کرده و نسبت مساحت ترکهای داغ در ساختار جوش به سطح مقطع جوش از 0/011 به 0/020 افزایش یافته است. توان متوسط 300W، عرض پالس 6ms و فرکانس 20Hz به عنوان پارامترهای بهینه از برای جوشکاری آلیاژ انتخاب شدند.
مقدمه
آلیاژهای آلومینیم به طور گسترده در انواع سازهها و محصولات صنعتی نظیر هواپیماها، اتومبیلها، کشتیها، تانکها و مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار میگیرند زیرا وزن سبکی داشته و مغناطیسی نیستند و از طرفی، هدایت حرارتی و استحکام ویژه بالایی دارند و کارپذیری، خواص برودتی و مقاومت به خوردگی عالی دارند. اگرچه اغلب فلزات با آلومینیم قابلیت آلیاژ سازی دارند، فقط مقادیر اندکی از آنها در مقادیر زیاد، خاصیت انحلال جامد مناسب از خود نشان میدهند.
از میان عناصر معمول تنها روی و منیزیم - هر دو تا بیشتر از 10 درصد - ، مس و سیلیسیم قابلیت انحلال مناسبی دارند. به هر حال تعدادی از عناصر دیگر با میزان حلالیت کمتر از 1 درصد اتمی، پیشرفت مهمی را در خواص آلیاژ ایجاد میکنند. کرم، منگنز و زیرکنیم مثالهایی از برخی فلزات انتقالی هستند که در ابتدا جهت تشکیل ترکیبات کنترل کننده ساختار دانه مورد استفاده قرار میگرفتند.
آلیاژ آلومینیم 5456 از آلیاژهای کار شده سری 5000 - یا - 5xxx میباشد و همانند سایر آلیاژهای این گروه، در کاربردهای سازهای مورد استفاده قرار میگیرد. این آلیاژاسماً 4/7-5/5 درصد منیزیم، 0/5-1 درصد منگنز و 0-0/4 درصد آهن دارد. ضریب هدایت حرارتی این آلیاژ 120 وات بر متر در کلوین بوده و استحکام کششی نهایی آن در حدود 310 تا 340 مگا پاسکال است
جوشکاری پرتو لیزر هم اکنون یک فرآیند تولید در اغلب صنایع به ویژه خودروسازی، لوازم خانگی و اجزاء الکترونیکی به شمار میرود. هر روزه در اجزائی نظیر اجزاء بدنه خودرو، وسایل حمل و نقل، اجزاء شاسی اتومبیل، لولهها و مصالح لوله سازی، تیغهای تراش و بستههای الکترونیکی از جوشکاری لیزر استفاده میشود .[5] بهرهگیری از این روش به دلیل قابلیت تولید بالای آن، کیفیت جوشکاری بالا، اعوجاج کم، انعطاف پذیری در تولید، اتوماسیون آسان و قابلیت طراحی محصولات و فرآیندها به شیوه نوین، رشد چشمگیری داشته است
در بین لیزرهای مختلفی که برای جوشکاری فلزات و آلیاژها به کار میروند، لیزر Nd:YAG بسیار مورد توجه و استفاده مهندسان و محققین قرار گرفته است. دلیل اصلی این امر، صرفه انرژی و امکان کنترل بیش تر فرآیند جوشکاری و تعدد پارامترهای جوشکاری است. به نحوی که در این لیزر، علاوه بر سرعت جوشکاری و فاصله خروجی لیزر تا سطح قطعه کار، سه پارامتر پالس یعنی فرکانس، عرض پالس و توان حداکثری نیز قابل کنترلاند و تغییر هر کدام از پارامترهای مذکور سبب تغییر در شکل و ابعاد حوضچه و کیفیت جوش حاصل میگردد.ضمناً به طور کلی در لیزرهای پالسی، به دلیل وجود پارامتر مهم توان حداکثری، عمق نفوذ جوش بیش تر از روشهای لیزری پیوسته است
اگرچه در مورد جوشکاری آلیاژهای آلومینیمی سری 5000 نظیر آلیاژهای 5083 و 5456 به روشهای قوسی، مقاومتی، اصطکاکی، پرتو الکترونی و لیزر تحقیقات زیادی صورت گرفته است ولی جوشکاری لیزر یکی از مطمئن-ترین روشهای اتصال میباشد زیرا قابلیت تولید - بازدهی - زیاد، کیفیت جوش بالا، اعوجاج کم، انعطاف پذیری تولید و اتوماسیون آسان را فراهم میآورد
بنابراین تلاش قابل توجه جهت توسعه یک فرآیند جوشکاری لیزر خوب برای آلیاژهای آلومینیم صورت گرفته است. گزارشها نشان میدهد جوشکاری ذوبی آلیاژهای سری 5000 آلومینیم از جمله آلیاژ 5456، همواره مشکلات متالورژیکی و هندسی فراوانی به همراه دارد .
حتی فرآیند جوشکاری لیزر این آلیاژها مشکلات و چالشهای مشابهی از خود نشان میدهد. این چالشها میتواند به صورت ظهور تخلخل، ترکهای داغ انجمادی و ذوبی و همچنین عمق نفوذ پایین به دلیل جذب پایین پرتوی لیزر باشد 8]و.[14 این مسائل سبب شده است استفاده از جوشکاری لیزر نیازمند راه حلهای اساسی باشد. از آنجایی که در برخی از گزارشها به اثر مثبت عملیات پیشگرم بر روی بهبود خواص متالورژیکی، جوشپذیری و عمق نفوذ در جوشکاری پرتو لیزر برخی آلیاژهای آلومینیم اشاره شده است
بنابراین به نظر میرسد این تکنیکها بتوانند خواص جوشکاری و جوشپذیری آلیاژهای گروه 5000 آلومینیممخصوصاً 5456 را نیز ارتقا دهند. متاسفانه گزارشها و اطلاعات چندانی در خصوص رابطه میان عملیات سطحی و پیشگرم با جوشپذیری - کاهش ترکهای داغ و تخلخل - و همچنین خواص جوش مانند عمق نفوذ و عرض جوش در آلیاژ پر کاربرد 5456 در منابع مشاهده نمیشود.
مواد و روش تحقیق
نمونه ورقهای آلیاژ آلومینیم 5456 به ضخامت 5 میلی متر و در ابعاد 5 × 10 سانتی متر دریافت شد. برای تعیین ترکیب شیمیایی، آزمایش کوانتومتری بر روی نمونهها صورت گرفت. برای اطمینان از صحت عملکرد دستگاه و کالیبره بودن آن، دو آزمایش بر روی نمونهها صورت گرفت. نتیجه آزمایش کوانتومتری در جدول 1 آورده شده است.
جدول .1 درصد وزنی عناصر تشکیل دهنده آلیاژ آلومینیومی 5456
