بخشی از مقاله
چکیده
امروزه استفاده از فولادهای زنگنزن در صنایع مختلف به شدت رو به گسترش میباشد. جوشکاری مقاومتی نقطهای فرآیند اصلی اتصال در صنعت ساخت بدنهی خودرو و همچنین در ساخت واگنهای قطار درونشهری و برونشهری میباشد. در این مقاله جوشپذیری اتصال نامشابه فولاد زنگنزن فریتی430 و فولاد زنگنزن آستینیتی - FSS/ASS - 304 به روش مقاومتی نقطهای مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، بررسیهای ماکروساختار، میکروساختار، آزمون کشش- برش و مطالعهی مود شکست صورت پذیرفت. ارتباط بین جریان جوشکاری با مشخصههای هندسی جوش - اندازه دکمه جوش - و خواص مکانیکی - ماکزیمم نیرو، ماکزیمم انرژی و جابجایی ماکزیمم - بررسی شد. بررسیها نشان داد که مود شکست این اتصالات ضخامت جزیی - محیطی جزیی - - PT-PP است و با افزایش جریان جوشکاری میزان سطح شکست محیطی در سطح شکست نمونهها افزایش یافت که منجر به بهبود استحکام و انرژی شکست جوشهای نقطهای شد. دیاگرام شیفلر یک ریزساختار فریتی+مارتنزیتی برای دکمه جوش پیش بینی میکند ، که این ساختار با نتایج بدست آمده از متالوگرافی نمونهها مقایسه شده است.
واژههای کلیدی:جوش نقطهای، اتصال نامشابه، فولاد زنگنزن فریتی، فولاد زنگنزن آستینیتی، خواص مکانیکی
مقدمه
از دههی 1950 میلادی، جوشهای نقطهای به عنوان جوشکاری مقاومتی، بصورت گستردهای در اتصال ورقهای فلزی در خودروها استفاده شدهاند. هر خودروی امروزی شامل بیش از 2000 جوش نقطهای میباشد. عملکرد سازهای یک وسیلهی نقلیه بستگی به کل اتصالات آن دارد [1]، بنابراین قابلیت اعتماد به خودرو در شرایط تصادف، به شدت تابع نحوهی خرابی و شکست اتصالات آن است. جوشهای نقطهای در دو مود کاملاً متمایز، محیطی و فصل مشترکی، دچار شکست میشوند. در مود شکست فصل مشترکی، شکست از میان منطقهی ذوب شده - دکمهی جوش - اشاعه مییابد ودر مود شکست محیطی، شکست از طریق بیرون کشیده شدن دکمه جوش از یک ورق صورت میگیرد.[2] حالت سومی نیز برای شکست در برخی آزمایشهامشاهده گردید که معمولاً با یکی از حالات اصلی گسیختگی همراه بود.
در این حالت که به ضخامت جزئی- محیطی جزئی - PT-PP - موسوم است، بخشی از ضخامت ورقههای جفت شده در طول جداسازی حذف شدهاست. عموماً حالت واماندگی ضخامت جزئی- محیطی جزئی در نمونههایی مشاهده گردیده که بیرون زدگی مذاب1 را تجربه کرده بودند. شایان توجه است که در بعضی از سطوح شکست ضخامت جزئی- محیطی جزئی، شکست فصل مشترکی نیز مشاهده شده است.[3]جوشکاری مواد غیرمشابه از حالت مشابه مشکلتر است زیرا دو فلز درحالت نامشابه خواص حرارتی و الکتریکی، نقطهی ذوب و محدودهی پلاستیک متفاوتی دارند و در منطقهی دکمهجوش، آلیاژ تشکیل میشود. بهسازی برنامهی جوشکاری و استفاده از الکترودی با سطح تماس کوچکتر و هدایت گرمایی و الکتریکی کمتر در تماس با ماده با رسانایی بیشتر به توازن گرمایی کمک مینماید. بهتر است برای هر پروژهی جوشکاری، یک سری جوش آزمایشی برای تعیین پارامترهای بهینه انجام گیرد.[4]
در یک ضخامت ورقهی فلزی معین، انتخاب صحیح اندازهی دکمه جوش خیلی مهم است. یک جوش نقطهای با اندازهی نامناسب ممکن است منجر به شکست تحت نیروهای کم و کاهش عمر خستگی وسیله شود. یک قطعه فلز بیش از حد بزرگ نیاز به دستگاه جوشکاری بزرگ دارد و بنابراین برای تولید آن هزینهی بیشتری لازم است. استانداردهای صنعتی مختلف، اندازهی بهینه و یا حداقل جوش نقطهای را برای یک ضخامت فلز ورقهای معین توصیه میکنند. برای مثال، انجمن جوشکاری آمریکا - AWS - و انجمن مهندسی خودرو - SAE - و مؤسسهی استانداردهای ملی آمریکا - ANSI - همگی برای فولادها یک قطر دکمه جوش معینی را طبق فرمول d=4 t توصیه میکنند، که d قطر دکمه جوش و t ضخامت ورق میباشد - به میلیمتر - . [2]یکی از پدیدههای معمول که در حین فرآیند جوش مقاومتی نقطهای رخ میدهد بیرون زدن فلز مذاب از دکمهی مذاب در حین جوش است.
بیرونزدگی مذاب ممکن است هم در سطح تماس دو قطعه کارهم در فصل مشترک الکترود- قطعه کار اتفاق بیفتد. بیرونزدگی مذاب در فصل مشترک الکترود- قطعه کار به شدت کیفیت سطحی عمر الکترود را تحت تأثیر قرار میدهد اما اگر بیرونزدگی مذاب فقط محدود به سطح قطعهی کار باشد استحکام جوش را تحت تأثیرقرار نمیدهد در صورتی که بیرون زدگی مذاب در فصل مشترک دو ورق رخ بدهد به علت کاهش فلز مذاب دکمه جوش در حین این پدیده عیوبی مثل حفره و تخلخل که باعث کاهش استحکام استاتیک و استحکام خستگی جوشها میشود، در دکمهجوش به وجود میآید.در این تحقیق، جوشپذیری فولاد زنگنزن آستنیتی و فولاد زنگنزن فریتی به روش جوشکاری مقاومتی نقطهای بررسی میشود. به این منظور، ارتباط جریان جوشکاری، به عنوان مهمترین پارامتر جوشکاری، بر مشخصههای ساختاری، مود شکست و خواص مکانیکی بررسی میشود.
مواد و روش تحقیق
نمونهها
نمونهها به شکل ورق با ابعاد 140 mm ×60 mm × 1/5 mm از جنس فولاد زنگنزن فریتیAISI 430 و فولاد زنگنزن آستینیتی AISI 304 بوده و برای جوشکاری به صورت نشان داده شده در شکل طبق استاندارد ANSI/AWS D 8/9 M:2002 روی یکدیگر قرار گرفتند. همان گونه که در شکل1 مشاهده میشود در دو انتها، دو ورق هماندازه و با ضخامت ورقهای اصلی - یک ونیم میلی متر - چسبانده شد تا در هنگام تست کشش- برش از اعمال تنش های ترکیبی به دکمه جوش جلوگیری کرده و دکمه جوش فقط تحت نیروی کششی باشد.ترکیب شیمیایی نمونهها توسط کوانتومتری، مطابق جدولهای2و3 بهدست آمد.
دستگاه والکترود جوشکاری
جوشکاری توسط دستگاه جوش نقطهای ثابت1 با توان 120kVAساخت شرکت نوینسازان انجام شد. برای جوش دادن نمونهها از الکترود گروه A مطابق کلاس 2 دستهبندی RWMA استفاده شد. جنس این الکترود از آلیاژ مس-کروم- زیرکونیوم بود. قطر نوک الکترود 5 میلیمتر انتخاب شد.
شرایط جوشکاری
نمونهها به ترتیب از جریان 6 kA تا 11 - 11 kA نمونه - با فواصل 0/5 kA تحت شرایط جوشکاری زیر جوش داده شدند. - جدول - 1
آزمون کشش
در این آزمون که توسط دستگاه Santam STM 150 و با سرعت 2 میلیمتر بر دقیقه انجام گرفت، نمودار نیرو - کیلو نیوتن - بر حسب جابهجایی - میلیمتر - حین کشش نمونهها بهدست آمد.
نتایج و بحث
مود شکست با بررسی اتصال نامشابه فولادهای آزمایش شده در این پژوهش مشاهده گردید تمامی نمونهها در مود ترکیبی محیطی و ضخامت جزیی- محیطی جزیی دچار شکست شدهاند. با بررسی این نمونهها مشاهده شد با افزایش شدت جریان، مساحت قسمتی از دکمه جوش که دچار شکست محیطی شده، افزایش یافته است. نسبت مساحت بخشی که دچار شکست محیطی شده نسبت به کل مساحت سطح دکمه جوش محاسبه گردید و روند کلی افزایشی آن تأیید گردید. شکل 2 تصویر دکمه جوش اتصال نامشابه در شدت جریانهای مختلف را نشان میدهد. همچنین اندازهی مساحت قسمتهای مختلف در جدول 4 آمده است.مشاهده میگردد که بطور کلی با افزایش شدت جریان، مساحت بخشی که دچار گسیختگی محیطی شده افزایش مییابد و با توجه به اینکه جوش در این نوع گسیختگی ظرفیت تحمل انرژی بالاتری دارد، این مود شکست مطلوب است. پس میتوان با افزایش شدت جریان درصد گسیختگی محیطی را افزایش داد که در نتیجه خواص مکانیکی بهبود مییابد.
خواص مکانیکی
تأثیر شدت جریان بر استحکام کششی- برشی با افزایش جریان، استحکام کششی- برشی افزایش مییابد در نقاطیکه بر خلاف روند کلی، ماکزیمم نیرو کاهش یافته است، پدیدهی بیرونزدگی مذاب اتفاق افتاده است.
