بخشی از مقاله
چکیده
سوپرآلیاژهای پایه نیکل رسوب سخت شونده به واسطه خواص مناسب دما بالای آن ها، بطورگسترده در توربین های زمینی، هوایی و ... مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به اهمیت جوشکاری و نیز جوشکاری تعمیری سوپرآلیاژهای رسوب سخت شونده پایه نیکلی در این مقاله ابتدا به بیان نکاتی کلی درمورد متالورژی جوشکاری این آلیاژها پرداخته و در ادامه به عیوب مختلف ایجاد شده حین جوشکاری این آلیاژها اشاره می گردد و سپس یکی از مشکلات اصلی جوشکاری این سوپر آلیاژها که ترکیدگی ذوبی HAZ می باشد، بررسی خواهد شد. در نهایت فاکتورهای تاثیرگذار بر این نوع ترکیدگی بیان شده و روش های کاهش آنها مورد بحث قرار گرفته اند.
مقدمه
سوپرآلیاژها از آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت می باشند که بر اساس عنصری که بیشترین درصد ترکیبی ساختمان آن ها را تشکیل می دهند به سه دسته زیر تقسیم می شوند
-1سوپرآلیاژهای پایه کبالت -2سوپرآلیاژهای پایه آهن-نیکل -3 سوپرآلیاژهای پایه نیکلی
ترکیب استحکام دمای بالا و مقاومت به اکسایش و خوردگی این مواد با دیگر مواد فلزی قابل مقایسه نیست. به این دلایل سوپرآلیاژها غالبا در قسمت های داغ موتورهای توربین جت همچون پره ها و محفظه احتراق ، موتور موشک، توربین های نیروگاه های تولید برق، غیره به کار گرفته می شود. سوپرآلیاژهای پایه نیکل دسته مهم و بزرگی از سوپرآلیاژها به شمار می آیند. این آلیاژها مواد پیچیده ای هستند که برای کاربرد در دماهای بالا طراحی شده اند
ریزساختار معمول سوپرآلیاژهای پایه نیکل در شکل 1 نشان داده شده است. به طور کلی ریز ساختار این آلیاژها عبارت است از : فاز زمینه – γفاز رسوبی γ′درون دانه ای –یوتکتیک – γ-γ′ کاربیدها –بریدها- γ′ مرزدانه ای –فازهای مضر نوع[3] TCP 4
شکل-1 تصویر شماتیک ریزساختار سوپرآلیاژهای پایه نیکل
با توجه به گستردگی استفاده از این آلیاژها در نیروگاهای گازی کشور و نیاز روز افزون به جایگزین نمودن پره هایی که براثر عوامل متعددی نظیر برخورد ذرات خارجی ، سایش راس پره ها، خوردگی، خستگی، خزش و...بلا استفاده می گردند، امروزه بنا به دلایل اقتصادی ترمیم پره های صدمه دیده به روش جوشکاری مورد توجه گسترده ای قرار گرفته است. اما با توجه به حساسیت چنین آلیاژهایی به ترکیدگی گرم جوش و ناحیه متاثر از حرارت جوشکاری حین جوشکاری و عملیات حرارتی پس از آن، جوش پذیری آن ها محدود می باشد و عملیات ترمیم آن ها با مشکلات فراوانی دست در گریبان است
عیوب ایجاد شده حین جوشکاری سوپرآلیاژها
سوپرآلیاژهای محلول جامد به علت اینکه تغییرات متالورژیکی عمده ای حین گرمایش و سرمایش جوش ندارند، جوش پذیری مناسبی دارند ولی سوپرآلیاژهای رسوب سخت شونده نیاز به ملاحظات بیشتری حین جوشکاری دارند. رسوبات این آلیاژها دارای آلومینیوم، تیتانیوم و یا نیوبیوم هستند، این عناصر به راحتی اکسید می شوند و بنابراین به محافظت بیشتری حین جوشکاری نیاز می باشد. جوشکاری سوپرآلیاژها پایه نیکلی می تواند با عیوب مختلفی همراه باشد. بعضی از این عیوب مانند آخال های اکسیدی ، ذوب ناقص، حفره و شکل گرده ی نامناسب اصولا تابع بکارگیری عملی فرآیند جوشکاری هستند و بدون دشواری زیادی برطرف می شوند. عیوب مضرتر، ترک های فلز جوش و HAZ هستند که حین جوشکاری و یا عملیات حرارتی بعدی ایجاد می شوند.[
مهمترین مشکل جوشکاری سوپر آلیاژهای پایه نیکل ترکیدگی گرم فلز جوش و HAZ در آن ها است، که براساس زمان ایجاد به دو گروه ترکیدگی در هنگام جوشکاری و ترکیدگی طی عملیات حرارتی بعد از جوشکاری تقسیم می شوند.
ترکیدگی ذوبی HAZ و جوش
تعریف ترکیدگی ذوبی، شرایط و مشخصات آن:
ترکیدگی ذوبی HAZ در اثر تشکیل یک لایه مذاب در مرز دانه های HAZ ضمن سیکل حرارتی جوشکاری و ناتوانی این لایه در جبران تنش های حرارتی ایجاد شده ضمن سرد شدن جوش پدید می آید - شکل . - 2 این نوع ترکیدگی به نام ترکیدگی گرم یا microffisuring نیز نامیده می شود. آلیاژهای کاملا آستنیتی که شامل Ni یا Ti هستند به میزان زیادی مستعد به این نوع از ترکیدگی جوش هستند.
