33075

بررسي تاثير توان و تغيير مكان ليزر بر ريزساختار و خواص مكانيكي جوش ناهمسان آلياژ Ti6Al4V به فولاد زنگ نزن 304 با استفاده از لايه‌مياني مس

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1401

1403/11/29

دكتر سيدرضا علمي حسيني

دكتر سيد رضا علمي حسيني

مهندسي مواد

ايجاد اتصالات بسيار مقاوم بين آلياژهاي تيتانيوم و فولاد زنگ‌نزن كاربردهاي صنعتي بسياري دارد. از جمله كاربردهاي اين اتصال مي‌توان به كاربردهاي نظامي، شيميايي، هسته‌اي و هوافضا اشاره كرد. جوشكاري اين دو آلياژ به علت تفاوت زياد در خواص فيزيكي بين دو آلياژ، بسيار دشوار است. مشكل اصلي در اتصال دو آلياژ تيتانيوم و فولاد زنگ‌نزن تشكيل فازهاي ترد FeTi است كه بسيار شكننده بوده و موجب ترك پس از جوشكاري مي‌شود. براي اتصال اين دو آلياژ از لايه هاي مياني مختلفي مانندV ،Mg ،Al ،Ni ،Ag ، Cu و Ta استفاده مي‌شود. با توجه به مزيت‌هايي كه لايه‌ي مس دارد، از آن به‌عنوان لايه‌ي مياني براي جوشكاري ليزر آلياژ تيتانيوم به فولاد زنگ‌نزن استفاده شد. جوشكاري ليزر ورق‌هاي تيتانيوم و فولاد زنگ‌نزن 304 به ضخامت mm2 و يك ورق مس به‌عنوان لايه‌ي مياني باضخامت mm1 در توان‌هاي ليزر5،3/5،4،3/6،5،4 كيلوولت و سرعت جوشكاري m/min2 انجام شد. ويژگي‌هاي شكست اتصالات با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيف‌سنجي انرژي پراكنده و تحليل پراش پرتو ايكس مورد بررسي قرار گرفت. بررسي‌هاي سطح شكست نشان مي‌دهد كه اتصالات، هم از نظر استحكام جوش و هم از نظر محل وقوع شكست به تغيير در توان ليزر وابستگي دارد. مقدار بهينه براي حداكثر استحكام كششي اتصالات تا 300 مگاپاسكال در قدرت 4 كيلووات به‌دست آمد. با افزايش توان ليزر به 4 كيلووات، استحكام كششي افزايش يافت؛ اما با فراتر رفتن از 4 كيلووات، اين استحكام كاهش يافت. در نمونه‌هاي 4 كيلووات، مشخصات شكست نشان داد كه مقدار بيشتري از مس باقي‌مانده بر روي ورق تيتانيوم وجود دارد كه باعث مي‌شود مسير شكست به سمت لايه واسط مسي گرايش پيدا كند. تحقيقات شكست‌نگاري نشان داد كه سطح شكست جوش 4 كيلووات داراي ناحيه‌اي با زبري بيشتر نسبت به جوش‌هاي 3 و 6 كيلووات بود. نتايج XRD نيز نشان داد كه اكثر فازهاي محلول جامد، مانند αTi، (V) و (Ni) كه در كنار انواع مختلف آلياژهاي بين‌فلزي آلومينيوم وجود دارند، مي‌توانند در سطح شكست جوش 4 كيلووات وجود داشته باشند. همچنين به‌منظور دستيابي به بهترين كيفيت در اتصال ناهمسان، آزمايش‌هاي جوشكاري در 3 موقعيت تمركز ليزر نيز انجام شد. بهترين موقعيت ليزر در فصل مشترك Cu-SS بدست آمد كه شكل‌پذيري و استحكام كششي اتصال را تا حد بالايي بيشتر از موقعيت‌هاي مختلف ليزر قرار خواهد داد.

1403/12/07

Investigation of the effect of laser power and displacement on the microstructure and mechanical properties of dissimilar welds of Ti6Al4V alloy to 304 stainless steel using a copper interlayer

2/17/2026 12:00:00 AM

Creating highly resistant joints between titanium alloys and stainless steel has many industrial applications. Among the applications of this joint are military, chemical, nuclear and aerospace applications. Welding these two alloys is very difficult due to the large difference in physical properties between the two alloys. The main problem in joining two titanium alloys and stainless steel is the formation of brittle FeTi phases, which are very brittle and cause post-welding cracks. Various intermediate layers such as V, Mg, Al, Ni, Ag, Cu and Ta are used to join these two alloys. Considering the advantages of the copper layer, it was used as an intermediate layer for laser welding of titanium alloy to stainless steel. Laser welding of titanium and 304 stainless steel sheets with a thickness of mm2 and a copper sheet as an intermediate layer with a thickness of mm1 was carried out at laser powers of 5, 3/5, 4, 3/6, 5, 4 kV and welding speed of m/min2. The fracture characteristics of the joints were investigated using scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction analysis. The fracture surface studies showed that the joints were dependent on the change in laser power, both in terms of weld strength and fracture location. The optimum value for the maximum tensile strength of the joints was obtained up to 300 MPa at 4 kW. As the laser power increased to 4 kW, the tensile strength increased; but as the power exceeded 4 kW, this strength decreased. In the 4 kW samples, the fracture characteristics showed that there was a larger amount of copper remaining on the titanium sheet, which caused the fracture path to be biased towards the copper interface layer. Fracture imaging studies showed that the fracture surface of the 4 kW weld had a rougher area than the 3 and 6 kW welds. XRD results also showed that most of the solid solution phases, such as αTi, (V) and (Ni) which are present in various types of aluminum intermetallic alloys, can exist at the weld failure level of 4 kW. Also, in order to achieve the best quality in the dissimilar joint, welding experiments were also conducted at 3 laser focus positions. The best laser position was obtained at the Cu-SS interface, which will make the ductility and tensile strength of the joint to a higher extent than the different laser positions.

جوشكاري ليزر، فولاد زنگ‌‌نزن 304، آلياژ تيتانيوم Ti6Al4V، فاز‌هاي بين‌فلزي، لايه‌ي مياني.

Laser welding, 304 stainless steel, Ti6Al4V titanium alloy, intermetallic phases, interlayer.

vahid foroughi

Dr. Seyed Reza Elmi Hosseini