تاثير جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي بر رفتار خوردگي مس خالص در
محلول 5/3 درصد وزني کلريد سديم

اميرحسين طاهري*1، آرش فتاح الحسيني2
دانشجوي کارشناسي ارشد ،واحد بندرعباس ،دانشگاه آزاد اسلامي، بندرعباس، ایران
استادیار، گروه مهندسي مواد، دانشکده مهندسي ،دانشگاه بوعلي سينا، همدان، ایران
*amirhossein.taheri3@gmail.com
)تاریخ دریافت: 02/07/1394، تاریخ پذیرش: 04/08/1394(

چکيده
در این تحقيق، تاثير جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي بر رفتار خوردگي مس خالص در محلول 5/3 درصد وزني کلرید سدیم بررسي شد. براي این منظور مس خالص با سرعت چرخش 355 دور بر دقيقه و سرعتهاي پيشروي 20، 28 و 40 ميليمتر بر دقيقه جوشکاري شد. ریزساختار مس خالص و مس خالص جوشکاري شده به وسيله پراش پرتو ایکس و ميکروسکوپ الکتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت. همچنين رفتار خوردگي نمونهها در محلول 5/3 درصد وزني کلرید سدیم با استفاده از آزمونهاي پلاریزاسيون تافل و طيفسنجي امپدانس الکتروشيميایي بررسي شدند. نتایج نشان دادند که جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي باعث کاهش اندازه دانه مس خالص و بهبود مقاومت به خوردگي ناحيه اغتشاش ميشود .

واژههاي کليدي:
جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، مس خالص، رفتار خوردگي، ریزساختار.

1- مقدمه
جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي 1یک فرایند اتصال حالتت جامتد است که در سال 1991 توسط مرکز جوشکاري 2ابداع شتد. یتک مزیت مهم این فرایند نسبت به سایر روشهاي جوشکاري ذوبتي مرسوم آن است که این فرایند قادر به توليد اتصتال بتدون حفتره است حتي اگر خود قطعته کتار شتامل حفتره باشتد. جوشتکاري اصطکاکي اغتشاشي با استفاده از پين در حال چرخش، فلز را بته حالت پلاستيک تبدیل متيکنتد و باعتث بتهوجتود آمتدن یتک اتصال جوش قوي ميشود. فرایند اتصال در زیر دماي نقطه ذوب ماده اتفاق ميافتد که موجب کاهش خطتر ایجتاد تترو و هتم-چن ين ج دایش در ح ين انجم اد فل ز ج وش م يش ود 1-4[. یک جزء اصلي در جوشکاري اصتطکاکي اغتشاشتي پتين استت که در درز اتصال قطعته کتار حرکتت کترده و توستط اغتشتاش موجب جوشکاري ميشود. با فرو رفتتن پتين، حترار ناشتي از اصطکاو بهوجود ميآید و این حرار با برش آدیاباتيک یک حجم محدود از ماده در نزدیکي پين تکميل ميشتود. چترخش ،حرکت و نيروي محوري پين باعث ميشتود آن مقتدار از حجتم ماده که به حالت پلاستيک رسيده استت از جلتو بته پشتت قطعته کار جریان پيدا کند. سپس مواد جابهجا شده، سرد و یک اتصال حالت جامد تشکيل ميشود. بهطور کلي یک اتصال جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي شتامل منتاطقي از جملته متاده پایته3، منطقته متاثر از عمليا حرارتي- مکتانيکي4 ، منطقته متتاثر از حترار 5و منطقه ناگت 6است 5-8[.
در جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، سرعت چرخش و پيشروي پين، زاویه انحراف پين از خط عمود بر سطح قطعه کار و نيروي عمودي وارد بر پين چهار پارامتر بسيار مهم هستند .حرکت چرخشي پين موجب به حرکت درآمدن و مخلوط شدن مواد به دور آن ميشود و این کار باعث حرکت مواد از جلوي پين به عقب پين ميگردد. سرعت چرخش بالاتر پين موجب توليد دماي بالاتر ميشود زیرا باعث اصطکاو بيشتر و مخلوط شدن و جنبش شدیدتر مواد ميشود .بنابراین با افزایش سرعت چرخش پين نباید انتظار داشت که گرماي توليدي نيز بهطور یکنواخت افزایش یابد، با وجود آنکه ضریب اصطکاو در سطح با افزایش سرعت چرخش پين تغيير ميکند. علاوه بر سرعت چرخش پين و سرعت پيشروي آن روي قطعه، زاویه بين پين و قطعه نيز داراي اهميت ميباشد. یک زاویه مناسب بين پين و قطعه کار در حين پيمودن مرز جوشکاري موجب ميشود که بهکمک دندانههاي پين و حرکت موثر مواد از جلوي پين به پشت آن، سطح ابزار مواد حرکت داده شده را ميپوشاند و مانع از اتلاف حرار ميشود 8-10[.
تحقيقا گستردهاي در مورد جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي آلومينيوم و آلياژهاي آن و برخي دیگر از فلزا غيرآهني شده است در حاليکه تاثير این نوع فرایند جوشکاري براي مس و آلياژهاي آن بسيار اندو است 11-17[. هدف از این تحقيق بررسي تاثير جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي بر رفتار خوردگي مس خالص در محلول 5/3 درصد وزني کلرید سدیم با استفاده از آزمونهاي پتانسيل مدار باز، پلاریزاسيون تافل و طيفسنجي امپدانس الکتروشيميایي است. همچنين براي بررسي تاثير این نوع جوشکاري بر ریزساختار مس خالص جوشکاري شده از پراش پرتو ایکس و ميکروسکوپ الکتروني روبشي استفاده شد. 2- مواد و روش تحقيق
در این تحقيق، قطعا مس خالص با ابعاد130 ميليمتر × 50 ميليمتر از ورقي به ضخامت 5 ميليمتر بریده شدند. سپس عمليا پرداختکاري با استفاده سنباده تا شماره 1200 روي قطعا برش خورده انجام شد. نمونههاي آماده شده براي انجام جوشکاري درون قالب مخصوص که روي صفحه دستگاه فرز نصب شده بود، قرار داده شد. سپس با محکم نمودن نمونهها در قالب و اتصال شير آبگرد، عمليا جوشکاري انجام شد. لازم به ذکر است که با توجه به زاویه 3 درجهاي فک دستگاه، پين به عمق 4 ميليمتر وارد درز اتصال قطعا شد. اصطکاو حاصل از چرخش پين موجب ایجاد گرما در قطعا شده و ناحيه مورد نظر براي جوشکاري را به حالت پلاستيک ميرساند. سپس ابزار با پيمودن مسير اتصال باعث ممزوج شدن دو قطعه در یکدیگر شد. از آنجایيکه هيچ گونه ذوبي در این فرایند اتفاق نميافتد ،استفاده از گاز محافظ در حين جوشکاري نيز نياز نيست. براي بررسي تاثير جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي بر رفتار خوردگي مس خالص در محلول 5/3 درصد وزني کلرید سدیم، سه سرعت 20، 28 و 40 ميليمتر بر دقيقه انتخاب شد. قابل ذکر است که براي هر سه سرعت ذکر شده، سرعت چرخش پين برابر با 355 دور بر دقيقه و دیگر شرایط کاملا یکسان در نظر گرفته شد.
براي بررسي رفتار خوردگي، از مرکز هر نمونه مربعي به ابعاد30 ميليمتر × 30 ميليمتر بریده و از سطح با عمليا سنبادهزني ضخامت 2 ميليمتر برداشته شد. سپس عمليا سنباده و چربي-زدایي انجام و نمونهها با آب دوبار تقطير شسته شد و پس از خشک کردن با دمش هوا، بهسرعت نمونهها در سل تخت به -منظور انجام آزمونهاي خوردگي قرار گرفتند. در سل استاندارد سه الکترودي، الکترود پلاتين بهعنوان الکترود کمکي و الکترود نقره/کلرید نقره بهعنوان الکترود مرجع انجام شدند. براي انجام آزمونهاي خوردگي، از محلول 5/3 درصد وزني کلرید سدیم استفاده شد و هر نمونه بهمد زمان 5400 ثانيه قبل از انجام هر آزمون در این محلول غوطهور شد. سپس آزمونهاي پلاریزاسيون تافل )با نرخ روبش 1 ميليولت بر ثانيه( و همچنين طيفسنجي امپدانس الکتروشيميایي )در پتانسيل مدار باز و در محدوده فرکانسي 100 کيلوهرتز تا 10 ميليهرتز با دامنه طول موج 10 ميليولت( انجام شدند. براي انجام آزمونهاي الکتروشيميایي ،از دستگاه پتانسيواستا / گالوانواستا ميکرواتولب و نرمافزار نووا استفاده شد.
نتايج و بحث
3-1- بررسيهاي ريزساختاري وسختي سنجي

الف

ج

د

ب

الف

ج

د

ب

شکل )1(: )الف(: ریزساختار مس خالص، )ب(، )ج( و )د(: به ترتيب ریزساختار ناحيه اغتشاش در نمونههاي جوشکاري شده به روش اصطکاکي اغتشاشي با سرعت
پيشروي پين برابر با 20، 28 و 40 ميليمتر بر دقيقه

25222195994

تاثير جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي بر رفتار خوردگي مس خالص در محلول 5/3 درصد وزني کلرید سدیم 111

بهطور کلي نحوه صحيح قرارگيري قطعا در قالب، آمادهسازي سطحي مناسب و استفاده صحيح از پين و پارامترهاي موثر آن باعث ایجاد یک جوش بيعيب و عاري از هر گونه ترو و یا دیگر عيوب خواهد شد .در شکل 1 ریزساختار مس خالص و مس خالص جوشکاري شده با سرعت چرخش پين برابر 355 دور بر دقيقه و سرعتهاي پيشروي 20، 28 و 40 ميليمتر بر دقيقه نشان داده شده است .

به علت آنکه سرعت دوران 355 دور بر دقيقه پایين است گرماي چنداني در سيستم ایجاد نشده است و با توجه به کرنش اعمالي و افزایش چگالي نابجایيها، تبلور مجدد کامل اتفاق نيفتاده است. به طوري که فقط تعدادي از دانهها که کرنش بيشتري را تحمل کردند، دچار تبلور مجدد شدهاند. به علت تمرکز حرار کم در سرعت دوران 355 دور بر دقيقه، سرعت پيشروي کمتر به این معني است که کرنش بيشتري به سيستم اعمال ميشود. لذا سختي نمونه با سرعت پيشروي 20 ميليمتر بر دقيقه نسبت به نمونههاي دیگر در این سرعت دوران باید بيشتر باشد که در شکل 2 مشاهده ميشود. کرنش بيشتر سبب ذخيره انرژي بيشتر یا همان افزایش چگالي نابجایيها ميشود. در نمونههاي دیگر با سرعت پيشروي 28 و 40 ميليمتر بر دقيقه با افزایش سرعت پيشروي، کرنش اعمالي به سيستم کمتر شده و در نتيجه چگالي نابجایيها کم ميشود، لذا کاهش سختي در این نمونهها مشاهده ميشود .

فاصله از مرکز جوش، ميليمتر
شکل )2(: نمودار سختي سنجي ویکرز براي مس خالص جوشکاري شده به روش اصطکاکي اغتشاشي با سرعت چرخش پين برابر با 355 دور بر دقيقه و سرعت پيشروي پين برابر با 20، 28 و 40 ميليمتر بر دقيقه
47672311256960

سختي

ويکرز

سختي



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید