27236

تاثير پارامترهاي فرايندي جوشكاري بر ريزساختارو خواص مكانيكي اتصال فولاد گالوانيزه با استفاده از فرايند جوشكاري همزدني اصطكاكي

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد- شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1401

29/06/1401

دكتر حميدرضا جعفريان- دكتر عليرضا كلاهي

دكتر عليرضا ايواني

مهندسي مواد و متالورژي

فرايند جوشكاري اصطكاكي همزدني با استفاده از يك ابزار دوراني غيرمصرفي،با گرم و خميري كردن لبه‌هاي اتصال و بدون رسيدن به نقطه ذوب،موجب اتصال قطعات مي‌گردد.در اين فرايند با استفاده از چرخش بالاي ابزار و به تبع بالارفتن حرارت كافي؛ناشي از اصطكاك بين پين وشانه با قطعه كار و وتبلور مجدد ديناميكي واختلاط و سپس سردشدن مواد باعث اتصال و جوش خوردن دوقطعه به يكديگر مي شود.جوشكاري اصطكاكي همزدني فرآيندي است كه براي جوشكاري فلزات همجنس و غير همجنس و عموماً فلزاتي كه امكان جوشكاري با فرآيندهاي ذوبي را نداشته باشند استفاده مي‌شود.فولادهاي گالوانيزه به خاطر پوشش فلز روي كه بر روي آن‌ها قرار گرفته شده است مطابق استانداردAWS D19 جوشكاري با استفاده از فرآيندهاي ذوبي مختلف براي آن‌ها امكان پذير نيست(بايد لايه محافظ حذف شود) و جوشكاري اين فلزات هميشه با چالش تضعيف مقاومت به خوردگي وخواص مكانيكي آن‌ها و همچنين جوش پذيري آن‌ها روبرو است. در پژوهش پيش‌رو به بررسي امكان جوش پذيري اين فولادها با استفاده ازفرايند جوشكاري اصطكاكي همزدني پرداخته شد كه علاوه بر بررسي جوش پذيري اين فلزات با اين فرايند‌ كه‌دماي ابزار را تا ̊C 1200 بالا مي‌برد،به بررسي مناسب‌ترين جنس ابزار و تعيين بهترين پارامترهاي فرايندي از جمله سرعت چرخش، سرعت پيشروي و بهترين زاويه انحراف براي جوشكاري اين فولادها و همچنين بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي و شكست‌نگاري سطح شكست اين فولادها پرداخته شد. براي انجام اين پژوهش از ابزارHSS و ابزار كاربيدتنگستن-كبالت استفاده شد،سرعت هاي پيشروي 70و85و85ميلي‌متر بردقيقه بدون پين و سرعت دوران هاي950،750و1180دوربر دقيقه انجام شد. پس از تست ها و آزمايش‌هاي انجام شده، پارامترهاي بهينه و مناسب ترين پارامترهاي فرايندي به‌دست آمد؛ مناسب‌ترين ابزار استفاده شده ابزار كاربيد تنگستن-كبالت است كه با زاويه انحراف 3 درجه، بيشترين و بهترين ميزان اختلاط حاصل شد؛سرعت دوران بهينه‌، سرعت rpm 750وسرعت پيشروي بهينه، سرعت mm/min 85به دست آمد كه داراي كمترين عدد هم خوردن است و كمترين ميزان حرارت رابه قطعات وارد كرده‌اند؛كه به تبع كمترين عرض ناحيهHAZ وكمترين ميزان اندازه دانه μm‌7/9 وبيشترين چقرمگي3- J/m 53/94 ‌و حداكثر استحكام كششيMPa401را با درصد ازديادطول 27٪ داشته است.بررسي ريزساختار توسط ميكروسكوپ نوري وSEM انجام شد و ساختار مشاهده شده در جوش شامل فريت،فريت ويدمن‌اشتاتن، فريت سوزني و پرليت ريزدانه است و همچنين ناحيه TMAZبا استفاده از صفحه پشت بند فولادي مشاهده شد و مشخص شد كه عرض اين ناحيه به دليل دگرگوني فازي انجام شده بسيار كوچك است؛و بررسي سطح شكست نشان از شكست نرم در تمامي نمونه‌ها است كه اين نرمي شكست در نمونه بهينه‌(سرعت پيشرويmm/min85 و سرعت دورانrpm750) بيشتر از ساير نمونه‌ها است.

1401/08/06

The effect of welding process parameters on the microstructure and mechanical properties of galvanized steel connection using friction stir welding process

9/20/2023 12:00:00 AM

Friction stir welding process using a non-consumable rotary tool, by heating and bonding the edges of the joint without reaching the melting point, leads to the joining of the parts. Between the pin and the comb with the work piece and dynamic recrystallization and mixing and then cooling of the material causes the connection and welding of the two parts to each other. Friction stir welding is a process that is used to weld homogeneous and non-homogeneous metals and generally metals that cannot be welded by melting processes. Is used the welding of galvanized steels using different melting processes is not possible due to the zinc metal coating placed on them according to the AWS D19 standard (the protective layer must be removed) and welding these metals always has the challenge of weakening the resistance. It is faced with corrosion and mechanical properties as well as their weldability. In the upcoming research, the weldability of these steels was investigated using the friction stir welding process, which was investigated the most in addition to the weldability of these metals with this process, which raises the temperature of the tool up to 1200 ̊C. Suitable tool materials and determination of the best process parameters, including rotation speed, advance speed and the best tilt angle for welding these steels, as well as checking the microstructure and mechanical properties and fracture surface of these steels were investigated. HSS tools and tungsten-cobalt carbide tools were used for this research. The advanced speeds were 70, 85 and 85 mm/min, without pin and the rotation speed was 750, 950 and 1180 rpm. After conducting tests and experiments, the optimal parameters and the most suitable process parameters were obtained. The most suitable tool used is tungsten-cobalt carbide tool, which obtained the highest and best mixing speed with a tilt angle of 3 degrees. The optimum rotation speed was 750 rpm and the optimum advance speed was 85 mm/min, which has the lowest mixing number and the least heat input to the parts, which has the smallest HAZ width. Zone and minimum grain size of 9.7 micrometers, maximum toughness of 94.53 J/m-3 and maximum tensile strength of 401 MPa with 27% elongation. Microstructure investigation was done by optical microscope and SEM. And the structure observed in the weld includes ferrite, Widmannstatten ferrite, needle ferrite and fine-grained pearlite, and the TMAZ zone was observed using a steel backing plate, and it was found that the width of this zone is very small due to phase transformation done; The fracture surface in all samples shows a ductile fracture, and this fracture ductile in the optimal sample (advanced speed 85 mm/min and rotation speed 750 rpm) is more than other samples.

جوشكاري اصطكاكي همزدني , فولاد گالوانيزه , پارامترهاي فرايندي , ريزساختار , خواص مكانيكي , شكست نگاري

Friction stir welding , galvanized steel , welding process parameters , Microstructure , Mechanical properties , Fractography

Mohsen Taei Semiromi

Hamidreza Jafarian- Alireza Kolahi