بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مشکلات فرآیند جوشکاری TIG با فلاکس فعال - A-TIG - در جوشکاری آلیاژهای آلومینیم، افزایش بیش از حد ولتاژ و افزایش حرارت ورودی است که میتواند باعث تبخیر بیش از حد عناصر سبک موجود در آلیاژهای آلومینیم نظیر منیزیم شود. با توسعه فرآیند جوشکاری TIG با دو باند فلاکس فعال - FB-TIG - علاوه بر کاهش مشکل اخیر، جوش عمیقتری نسبت به جوشکاری A-TIG ایجاد میشود. افزایش عمق نفوذی تا حد 3 تا 4 برابر نسبت به فرآیند جوشکاری TIG مرسوم در بکارگیری این روش در جوشکاری اغلب آلیاژهای آلومینیم گزارش شده است.
در این پژوهش تاثیر چگالی سطحی فلاکس اکسید سیلیسیم در مقادیر 1/8، 6، 12 و 18 mg/cm2 بر عمق نفوذ و هندسه جوش آلیاژ AA7039 در فرآیند جوشکاری FB-TIG مورد مطالعه قرار گرفت. به ترتیب عمق نفوذهای 6/2، 7/7، 7/9 و 8/2 mm حاصل شد.
در توضیح تغییرات مشاهده شده به مکانیزم انقباض قوس ناشی از افزایش در ولتاژ جوشکاری و لذا افزایش حرارت ورودی و مقاومت الکتریکی بالا و نقطه ذوب و جوش بالای فلاکس استناد شد. این مکانیزم تغییر گرادیان دمایی را به همراه دارد که در نهایت باعث افزایش عمق و نسبت عمق به پهنای جوش میشود. با افزودن فلاکس SiO2 نسبت عمق به پهنا از 0/22 در فرآیند جوشکاری TIG مرسوم تا 0/71 افزایش یافت. در مجموع جوشکاری FB-TIG با فلاکس SiO2 نسبت عمق به پهنای جوش را تا 300% نسبت به جوشکاری TIG معمولی افزایش داد.
.1 مقدمه
خواص منحصر به فرد آلومینیم مانند سبک بودن و نسبت استحکام به وزن بالا، شکل پذیری خوب، مقاومت خوب خوردگی و اتصال آسان؛ امروزه این فلز را به یکی از پرکاربردترین فلزات صنعتی در دنیا تبدیل کرده است.[1] آلیاژ عملیات حرارتی پذیر AA7039 بواسطه وجود روی و منیزیم از استحکام باﻻیی برخوردار است. این آلیاژ بهترین ترکیب استحکام، چقرمگی شکست، مقاومت در برابر خوردگی، شکلپذیری و جوشپذیری را ارائه میدهد.[2] جوشکاری روش اتصال مهمی است که همواره مورد توجه طراحان بوده است. با افزایش کاربرد آلیاژهای آلومینیم، تحقیقات جوشپذیری آلیاژهای آلومینیم نیز با رشد روزافزون مواجه است.
جوشکاری الکترود تنگستنی تحت حفاظت گاز خنثی - TIG - 1 با جریان متناوب - AC - 2 رایجترین روش جوشکاری آلیاژهای آلومینیم است که به دلیل نفوذ کم جوش، بازده رسوب پایین و راندمان تولید کم استفاده از آن محدود شده است. مدت زمان جوشکاری، مقدار نفوذ جوش و راندمان قوس از جمله عوامل مهم در تعیین هزینه فرآیند جوشکاری میباشند. اگر بتوان در یک پاس به عمق نفوذ مطلوب دست یافت زمان جوشکاری بشدت تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. در جوشکاری قطعات ضخیم به روشهای رایج، لبه سازی مناسب با استفاده از ماشینکاری لازمه کار است.
در سالهای اخیر فرآیند جوشکاری TIG با استفاده از فلاکس فعال - A-TIG - 3 توجه محققان را به خود معطوف کرده است. در این روش با اعمال لایه نازکی از یک فلاکس فعال قبل از جوشکاری TIG، نفوذ جوش به طور قابل توجهی افزایش مییابد.[5] اصلاحات این فرآیند باید بگونهای صورت گیرد که جوشی عمیق و باریک را ایجاد نماید که خود مزایایی همچون؛ قابلیت تولید بیشتر، کاهش هزینه، کاهش حرارت ورودی، اعوجاج کمتر و تنش پسماند پایینتر را در پی دارد.
این روش علاوه بر این مزایا، دارای محدودیتهایی نیز است که انتخاب ترکیب پودر مناسب بصورت متناسب با جنس فلز پایه از جمله مهمترین آنها است. اعمال پودر بر روی سطح اتصال با قلممو و یا اسپری انجام میشود. به همین دلیل کنترل دقیق روی مقدار فلاکس اعمالی در ناحیه اتصال را در محیطهای صنعتی با مشکل مواجه ساخته و کاربرد آن را با محدودیتهایی همراه نموده است.
در اغلب موارد ظاهر جوشهای ایجاد شده به روش TIG مرسوم بهتر از جوشهای ایجاد شده به روش A-TIG است. البته ظاهر جوشها به ترکیب فلاکس مورد استفاده نیز بستگی دارد.[9 ,8] بطورکلی، سطح اکثر جوشهای ایجاد شده در فرآیند A-TIG، دارای سرباره اضافی است که همان پسماند فلاکسهای استفاده شده است.
فرآیند جوشکاری TIG با دو باند فلاکس فعال - FB-TIG - 4 در سال 2002 توسط سیره5 و همکارش معرفی شد. در این روش با قرار دادن دو باند - لایه نازک - از فلاکس فعال در دو طرف درز اتصال، عملیات جوشکاری انجام میشود. این فرآیند قوس را به یک نوار باریک تهی از فلاکس در مجاورت اتصال محدود میکند. انتظار میرود این روش جدید برای افزایش نفوذ جوشکاری TIG در بیشتر آلیاژهای آلومینیم مناسب باشد و جوشی با ظاهر مناسب را در جوشکاری جریان متناوب بوجود آورد.
در خصوص حساسیت کمتر جوشکاری FB-TIG به ضخامت فلاکس در مقایسه با روش جوشکاری A-TIG در جوشکاری سوپر آلیاژ اینکونل 718 اشاره شده است.[12] با توجه به عدم وجود اطلاعاتی در خصوص میزان تاثیر چگالی سطحی فلاکس مورد استفاده در روش جوشکاری FB-TIG بر روی آلیاژهای آلومینیم در این تحقیق تاثیر این عامل در جوشکاری آلیاژ AA7039 مورد بررسی قرار گرفته است.
2. مواد و روش تحقیق
2. 1 مشخصات مواد اولیه و فلاکس اعمالی
آلیاژ AA7039 مورد استفاده در این تحقیق با برشهای مناسب از بیلتهای6 با مقطع 120×100mm به صورتی که ورقهای با ابعاد 120×100×8 mm پس از ماشینکاری بدست آیند تهیه شد. در جدول 1 ترکیب شیمیایی این آلیاژ آمده است. لازم به توضیح است که انتخاب ضخامت بر اساس احتمال افزایش 3 برابری عمق نفوذ این روش نسبت به TIG معمول انتخاب شد. از اکسید سیلیسیم - SiO2 - با دانه بندی 1-5 ʽm بعنوان فلاکس فعال استفاده شد. جهت اعمال پودر در درز اتصال، بصورت سوسپانسیونی از فلاکس فعال در مایعی با درجه تبخیر متوسط - استون - در آورده شد. به منظور چربیزدایی و جلوگیری از اثرات منفی آلودگیهای سطحی ورقها، قبل از جوشکاری با استن مورد شستشو قرار گرفتند، سپس به منظور رفع اکسید سطحی، با برس از جنس فولاد زنگنزن برسکاری شدند.
