جوش مقاومتي نقطهاي فولاد زنگنزن آستنيتي AISI304 و فولاد كم كربن
AISI1008: انتقال مود شكست و خواص مكانيكي اتصالات مشابه و نامشابه
مجيد پورانوري1* ، پيروز مرعشي2
1 – مربي، گروه مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد دزفول، دزفول، ايران
2- استاديار، دانشگاه صنعتي اميركبير، دانشكده مهندسي معدن و متالورژي، تهران، ايران
*[email protected]
(تاريخ دريافت: 17/05/1389، تاريخ پذيرش:17/09/1389)

چكيده
در اين تحقيق، رفتار شكست و رفتار انتقال از مود شكست فصل مشتركي به مود محيطي در اتصالات مشابه و نامشابه جوش مقاومتي نقطهاي فولاد ساده كم كربن (CS) و فولاد زنگنزن آستنيتي (SS) تحت آزمون كشش- برش بررسي شده است. نتايج نشان داد كه ريزساختار منطقه- ي ذوب شده و توزيع سختي در محل اتصال تأثير قابل توجهي بر رفتار شكست دارد. بررسي ها نشان داد كه جوش مقاومتي نقطهاي مشابه SS/SS در مقايسه با اتصال مشابه CS/CSو اتصال نامشابه SS/CS تمايل بيشتري به شكست فصل مشتركي دارد. اين رفتار با توجه به محل شكست در مود محيطي و پروفيل سختي اتصالات توضيح داده شد. نشان داده شد كه انتقال مود شكست بوسيله نسبت سختي منطقه ذوب شده به سختي محل شكست در مود محيطي كنترل ميشود.

واژه هاي كليدي:
جوشكاري مقاومتي نقطهاي، اتصال نامشابه، مود شكست، پروفيل سختي.

1- مقدمه
مود شكست جوشهاي نقطهاي يك معيار كيفي از كيفيت جوش است. به طور كلي، جوشهاي نقطهاي در دو مود فصل مشتركي و محيطي دچار شكست ميشوند. شكل (1) مسير شكستهاي مرسوم حين آزمون مكانيكي جوشهاي نقطهاي را نشان ميدهد. در شكست فصل مشتركي (1IF)، شكست از طريق اشاعه ترك از ميان دكمه جوش (منطقه اي از اتصال كه در حين سيكل حرارتي جوش، ذوب شده و دوباره منجمد مي شود) صورت ميگيرد (مسيرA ) و در مود شكست محيطي (2PF)، شكست با بيرون كشيده شدن دكمه جوش از يك ورق صورت ميگيرد. در اين مود، شكست ممكن است از فلز پايه (مسيرB )، منطقه متأثر از حرارت (مسير C) يا از مرز دكمه جوش و منطقه متأثر از حرارت (مسير D) صورت گيرد. از آنجايي كه ظرفيت تحمل نيرو و قابليت جذب انرژي در مود فصل مشتركي به طور قابل توجهي كمتر از مود محيطي است، بنابراين براي اينكه جوشهاي نقطهاي در حين سرويس دچار تخريب زودرس نشوند، متغيرهاي فرآيند بايد به گونهاي تنظيم شوند كه از دستيابي به مود شكست محيطي اطمينان حاصل گردد [1-4].

شكل (1): شماتيك مسير شكستهاي مختلف در آزمون مكانيكي جوش هاي مقاومتي نقطه اي.

اندازه ي دكمه جوش مهم ترين پارامتر مؤثر بر رفتار مكانيكي جوش هاي نقطه اي است. استاندارد هاي مختلف صنعتي براي هر ضخامت ورق مشخص، يك حداقل قطر دكمه پيشنهاد كرده اند.
براي مثال AWS/ANSI/SAE [5] رابطه ي زير را پيشنهاد داده است:
388620-53805

d =4t (1)
كه در آن d و t به ترتيب قطر دكمه جوش و ضخامت ورق بر حسب mm ميباشد. اما اين معيار هميشه خوب كار نمي كند. براي مثال، نتايج ساوهيل3 و همكارانش [6] و پولارد4 [7] نشان داد در فولادهايHSLA براي اطمينان از حصول مود شكست محيطي به دكمهي جوش با قطري بيشتر از آنچه رابطه ي (1) پيشنهاد مي كند نياز است. همچنين تحليل نتايج كار ماريا5 و همكارانش [8] بر روي مود شكست جوشهاي نقطهاي فولادهاي دوفازي و نتايج سان6 و همكارانش [9] در مورد مود شكست جوش هاي نقطهاي در آلومينيوم نشان ميدهد كه معيار AWS براي حصول مود شكست محيطي، معيار دقيقي نيست. بنابراين به نظر مي رسد، علاوه بر ضخامت ورق بايد فاكتورهاي متالورژيكي را نيز در نظر داشت.
چااو7 [4] بر اساس رقابت بين دو مود شكست محيطي (تغيير فرم پلاستيك برشي اطراف دكمهي جوش) و شكست فصل مشتركي (رشد ترك در دكمه جوش)، رابطهي (2) را براي تعيين قطر دكمهي بحراني در آزمون كشش متقاطع به دست آورد:

(2) 3DCr = 0.89⎛⎜⎜⎝τ

KyHAZCFZ ⎞⎟⎟⎠ t كه در آن τyHAZ استحكام برشي HAZ8 و KCFZ چقرمگي شكست دكمه جوش است.
اگر چه رابطهاي كه وي ارائه داده است قطر بحراني را به چقرمگي شكست دكمه جوش و استحكام شكست برشي HAZ مرتبط مي كند، اما او تلاش كرد تا نشان داد مدل او وابسته به ماده نيست و در نهايت با توجه به نتايج موجود در منابع رابطه اي ارائه داد كه تنها وابسته به ضخامت ورق است. در واقع او سعي كرد نشان دهد،
⎛ HAZ ⎞
نسبت ⎟⎟⎟τKyFZ

⎜⎜⎜ براي فولادهاي مختلف ثابت است.
⎝ C ⎠
سان و همكارانش[9] نيز با استفاده از آناليز حد پايين نيرو و يك تحليل تنشي ساده، رابطه ي 3 را براي تعيين قطر دكمه ي بحراني در يك جوش نقطه اي آلومينيوم در آزمون كشش متقاطع ارايه دادند. از آنجايي كه جوشنقطه اي آلومينيوم بسيار حساس به بيرون زدگي مذاب است، به گونه اي كه در جريان و زمان هاي جوشكاري پايين كه دكمه ي جوش كوچك و تمايل به شكست فصل مشتركي وجود دارد نيز رخ ميدهد، آنها يك فاكتور f براي كسر تخلخل و حفرهي ناشي از بيرون زدگي مذاب در نظر گرفتند.
d Cr = 3.2

ft (3)

همانطور كه ملاحظه مي شود با توجـه بـه رابطـه ي 3 ارايـه شـده،ضخامت ورق، قطر دكمه ي جوش و مقدار تخلخـل فاكتورهـايكنترل كننده ي مـود شكسـت جـوش هـاي آلومينيـوم در آزمـون كشش متقاطع است.
هدف اين مقاله بررسي تغيير مود شكسـت از فصـل مشـتركي بـهمحيط ي در اتص ال مش ابه ف ولاد س اده ي ك م ك ربن (CS/CS)، اتصال مشابه فولاد زنگ نزن آستنيتي (SS/SS) و اتصـال نامشـابهفولاد زنگ نزن آستنيتي و فولاد ساده كم كربن (CS/SS) است. از آنجايي كه حساسيت به مود شكست فصل مشتركي در آزمون كشش-برش9 نسبت بـه ديگـر آزمـون هـا مثـل آزمـون كنـدگيمبلم اني10 و آزم ون كش ش متق اطع11 بيش تر اس ت [10] ب راي بررسي رفتار انتقال از مـود شكسـت فصـل مشـتركي بـه محيطـيآزمون كشش-برش انتخاب شد. يك مدل تحليلي بـراي تحل يـل عوامل موثر بر مود شكست در آزمون كشش-برش ارايه شد. در نهايت خواص مكانيكي اين اتصالات با هم مقايسه شده است.

2- روش تحقيق
از ورق ف ولاد زن گ ن زن آس تنيتي 304 (SS) ب ا ض خامت 2/1 ميليمتر و ديگري ورق فولادي كم كربن گالوانيزه شده (CS) بـهروش غوطه وري گرم با ضخامت 1/1ميليمتر بـه عنـوان فلـز پايـهاستفاده شد. در اين تحقيق اتصـال جـوش مقـاومتي نقطـه اي سـهاتصال SS/SS ، CS/CS و CS/SS بررسي شد. جوشكاري توسط دستگاه جوش نقطه اي ثابت با توان kVA120 بــا اســتفاده از الكتــرود گــروه A ، مطــابق كــلاس 2 دســتهبنديRWMA از جنس آلياژ مس-كرم-زيركونيوم وشـكل آن
بهصورت مخروط ناقص با قطر تماس 7 ميلـي متـر ، اسـتفاده شـد .
پارامترهاي جوشكاري مورد استفاده در جدول (1) خلاصه شـدهاند. پارامترهاي جوشكاري به گونه اي انتخاب شدند كه از بيـرونزدگي مذاب جلوگيري شود. در هـر شـرايط جوشـكاري4سـرينمونه جوش داده شد كه 3 سري بـراي آزمـون كشـش – بـرش ويك نمونهي ديگر براي بررسي هاي ساختاري مورد استفاده قرار گرفتند.
براي ارزيابي بيشتر خواص مكانيكي اتصـال نامشـابه، اسـتحكام وانرژي شكست اتصالات مشـابه و نامشـابهSS و CS مقايسـه شـد. ب راي اي ن ك ار خ واص مك انيكي اتص الات CS/CS ،SS/SS و CS/SS در شرايط جوشـكاري داده شـده در جـدول (2) مقايسـهشد. شـرايط جوشـكاري بـه گونـه اي انتخـاب شـد كـه دكمـه ي جوشي با اندازه ي 5.5t0.5 (mm) يعني حدود 6 ميلي متر توليد شود. مقدار 5.5t0.5 (mm) معمولا به عنـوان مـاكزيمم انـدازهدكمه ي جوش قابل دستيابي بدون بيـرون زدگـي مـذاب در نظـرگرفته ميشود [6 و 7].
جدول (1): پارامترهاي جوشكاري مورد استفاده
نوع اتصال جريان جوشكاري (kA) زمان جوشكاري
(cycles) نيروي الكترود
(kN)
CS/CS 7-11/5 12 4/2
SS/SS 5-10/5 12 4/2
CS/SS 7-11/5 12 4/2

جدول (2): پارامترهاي جوشكاري مورد استفاده براي توليد دكمه جوشي با
5.5t0.5 (mm) اندازه ي
نوع اتصال جريان جوشكاري
(kA) زمان جوشكاري
(cycles) نيرويالكترود (kN)
CS/CS 11/5 12 4/2
SS/SS 10 12 4/2
CS/SS 11 12 4/2

پس از جوشكاري، نمونه ها تحت آزمون كشش-برش قرار گرفتند و با استفاده از نمودار نيرو-جابجايي مقدار حد اكثر نيرو و حداكثر انرژي شكست (سطح زير نمودار بار-جابجايي تا نقطه ي ماكزيمم نيرو) براي هر نمونه تعيين شد. براي بررسي اينكه محل شكست در مود محيطي در كدام منطقه ي
ريزساختاري قرار دارد (BM12 يا HAZ يا مرز FZ/HAZ13)، پس از شكست نمونه، از وسط نمونه ي شكسته شده در امتداد طول نمونه ي آزمون كشش-برش، برش زده شد. سپس اين مقطع مانت شد و بوسيله ي ميكروسكوپ نوري محل شكست مورد بررسي قرار گرفت.
آزمون متالوگرافي به منظور تعيين اندازه دكمه جـوش و بررسـيساختار جوش انجام شد. آزمون ريزسختي سـنجي نيـز در امتـدادقطري دكمه جوش با استفاده از يك دستگاه شيميدزو تحت بـار100 گرم انجام شد.

3-نتايج و بحث
3-1-تاثير مود شكست بر نمودار بار-جابجايي حين آزمون كشش-برش
شكل (2) نمودار بار-جابجايي در آزمون كشش-بـرش بـراي دونمونه كه يكي در مود فصل مشتركي و ديگري در مـود محيطـيشكسته شده است را مقايسه ميكند.

شكل (2): مقايسه نمودار بار-جابجايي در مود فصل مشتركي و مود محيطي در آزمون كشش-برش

نمودار بار-جابجايي جـ وش هـاي نقطـهاي كـه در مـود شكسـتفصل مشتركي دچار شكسـت شـدهانـد، شـكل مشخصـي دارنـد . هم انطور ك ه در ش كل (2) مش اهده م يش ود، نم ودار پ يش از رسيدن به نقطهي ماكزيمم، يك منطقه غيرخطي دارد كه مربـوطبه تغييـر فـرم پلاسـتيك دو ورق و كـرنشسـختي مربـوط بـه آنمي باشد. نقطهي ماكزيمم در نمودار بار-جابجايي متناظر است بـاشروع رشد ترك از لبهي شيار طبيعي موجود در محل اتصـال دوورق و ورود آن به منطقهي دكمـه ي جـوش اسـت. نيـرو پـس ازرشد سريع ترك در دكمهي جوش سريعا به صفر ميرسد. شـيارمعمولا در HAZ و يا مرز HAZ/FZ قرار دارد. امـا نمـودار بـار-جابجايي براي جوشنقطهاي كه در مود محيطي شكسته شده انـدبا نمودار بار-جابجايي در آزمون فصل مشـتركي م تفـاوت اسـت.
در اين نمودار نيز، منطقه غيرخطي در منحني ناشي از كارسـختيورقهاي فولادي است. نقطهي ماكزيمم در نمودار متنـاظر اسـتب ا رش د ت رك از ط رف ف ولاد كربن ي. ب رخلاف نم ودار ب ار-جابجايي در مود فصـل مشـتركي، در ايـن حالـت نمـودار داراييك “دم” دراز است كه با نحوهي شكست بيان شده بعد از آغاز رشد ترك متناظر است. همانطور كـه مشـاهده مـيشـود، بعـد ازرسيدن به نقطهي پيك نيرو، نيـرو بـه صـورت تـدريجي كـاهشمي يابد. پس از رسيدن به پيك نيرو، به دليل پارگي فلـز ات پايـه،جدب انرژي هنوز ادامـه دارد . ايـن امـر موجـب افـزايش قابليـتجذب انرژي كل جوشنقطهاي (يعني سطح زيـر نمـودار منحنـيبار-جابجايي تا نقطهي شكست نهايي) ميشود.
همانطور كه مشاهده مي شود ظرفيت تحمل نيرو و قابليت جذب انرژي (مساحت زير نمودار بار-جابجايي) در مود فصل مشتركي بهطور قابل توجهي كمتـر از مـود محيطـي اسـت، بنـابراين بـراياينكه جوشهاي نقطهاي در حين سرويس دچار تخريب زودرس نشوند، متغيرهاي فرايند بايد بهگونهاي تنظيم شوند كه از دستيابي به مود شكست محيطي اطمينان حاصل گردد.

3-2-اندازه دكمه جوش بحراني
شــكل (3) تغييــرات نيــروي مــاكزيمم( اســتحكام شكســت ) و تغييرات مود شكست بر حسب اندازه ي دكمه ي جوش در اتصال مشابه فولاد سـاده ي كـم كـربن (CS/CS)، اتصـال مشـابه فـولادزنگ نزن آستنيتي (SS/SS) و اتصـال نامشـابه فـولاد زنـگ نـزنآستنيتي و فـولاد سـاده كـم كـربن (CS/SS) را نشـان مـي دهـد .
همانطور كه مشخص است يك اندازه دكمه جوش بحراني براي حصول مود شكست محيطي وجود دارد. همانطور كـه در شـكل3 مشخص است، اندازه ي دكمه ي جوش بحراني تابع نوع اتصـالاست. جوش هاي CS/CS هنگامي كـه انـدازه ي دكمـهي جـوشبيشــتر از 3/3 ميليمتــر باشــد، در مــود محيطــي دچــار شكســتمي شوند. جوش هاي SS/SS، بيشـترين تمايـل بـه شكسـت فصـلمش تركي را از خ ود نش ان م ي دهن د. ان دازه ي دكم ه ي ج وش بحراني براي اين اتصال 75/5 ميلي متر اسـت . امـا وقتـي كـه ورقSS به ورق CS جوش داده مـي شـود، مـود شكسـت محيطـي دراندازه دكمه جـوش هـاي پـايينتري نسـبت بـه اتصـالSS/SS رخ مي دهد.
3-3-تحليل مود شكست
3-3-1- فاكتورهاي كنتـرل كننـده ي انتقـال از شكسـت فصـلمشتركي به شكست محيطي در جوش هاي مقـاومتي نقطـه اي در آزمون كشش-برش
در اين قسمت يك تحليل رياضـي سـاده بـراي مـود شكسـت درآزم ون كش ش-ب رش اراي ه ميش ود. ابت دا ب ه مك انيزم شكس ت جوشهاي نقطه اي در آزمـون كشـش -بـرش پرداختـه مـي شـود.
وقتي يك جـوش نقطـه اي تحـت آزمـون كشـش – بـرش قـرارمي گيرد، رفتار جوش نقطه اي در برابـر تـنشهـاي اعمـالي بـدينگونه است كه ابتدا دكمه ي جوش براي از بـين بـردن گشـتاور وهمراستا شـدن بـا جهـت اعمـال نيـرو چـرخش مـي كنـد . هرچـ ه اندازه ي دكمه بيشتر باشد، چرخش دكمه بيشتر است.

الف
بحراني دارد و رخ دادن هر مود شكست به اين بستگي دارد كه

ب

ج
شكل (3): تغييرات نيروي ماكزيمم و مود شكست بر حسب اندازه ي دكمه ي
.CS/SS-و ج SS/SS-ب ،CS/CS-جوش: الف

شكل (4): يك مدل ساده از توزيع تنش در فصل مشترك و محيط دكمه
جوش در آزمون كشش-برش

شكل 4 يك مدل ساده از توزيع تنش در فصل مشترك و محيط دكمه ي جوش را نشان مي دهد. در فصل مشترك جوش، تنش ها عمدتا برشي هستند. در محيط دكمهي جوش تنشها در محلهاي مشخص شده در شكل (4) با علامت T برشي و كششي هستند. شكست جوشهاي نقطه اي در نتيجهي رقابت بين دو مود شكست است بدين معني كه شكست در مودي رخ مي دهد كه نياز به نيروي كمتري داشته باشد. براي آزمون كشش- برش نيروي محركه مود محيطي تنش كششي و نيروي محركه مود فصل مشتركي تنش برشي در خط مركز جوش است. از نقطه نظر مهندسي ، مي توان گفت هر نيروي محركه يك مقدار كدام نيروي محركه زودتر به مقدار بحراني اش مي رسد. مهمترينپارامتر كنترل كننده ي توزيع تنشي در جوش نقطه اي، اندازهدكمه جوش است. با كاهش قطر دكمه جوش، تنش برشي بوجود آمده پيش از آن كه تنش كششي موجب گردني شدن شود ، به مقدار بحراني خود مي رسد و در نتيجه شكست در مود فصل مشتركي رخ مي دهد. در صورتي كه اندازه دكمهي جوش از يك مقدار بحراني بيشتر باشد، تنش برشي بوجود آمده روي فصل مشترك به حدي نخواهد بود كه موجب رشد ترك از ميان دكمه ي جوش شود و در نتيجه دكمه ي جوش در اثر تنشهاي كششي توليد شده در اطراف دكمهي جوش، در مود محيطي دچار شكست خواهد شد.
بنابراين براي ساختن يك مدل براي پيش بيني مود شكست نياز است ابتدا روابطي براي بيان رياضي نيروي شكست در دو مود فصل مشتركي و محيطي بدست آورده شود:
نيروي شكست درمود فصل مشتركي (PIF)را مي توان بافرض توزيع يكنواخت تنش برشي بر دكمهي جوش،كه به صورت يك استوانه با قطرd و ارتفاع 2t فرض مي شود، بصورت زير بيان كرد:
(4) PIF = (

π4d2 )τWN در آنτWN: استحكام برشي دكمه ي جوش، d : قطر دكمه ي جوش مي باشد.
كششي فلزات با سختي ويكرزآنها متناسب است. بنابراين رابطه 8 را مي توان به صورت زير نوشت.
613410112158

dCr = 4t(σUTS )FL = 8t (H)FL (9) باشد. در رابطه ي فوق از كاهش ضخامت ناشي از فرورفتگي الكترود در ورق صرفنظر شده است. با توجه به مكانيزم ارايه شده انتظار مي رود محل شكست در مود محيطي جايي باشد كه
(5)PPF = 2πt(σUTS )F.L =πdt(σUTS )F.L مستقيم مشكل است. طبق معيار ترسكا استحكام نهايي برشي كه در آن σUTS )F.L) استحكام كششي محل شكست مي نصف استحكام نهايي كششي است. از طرف ديگر استحكام
(0.5σUTS )WN(H)WN
همانطور كه ذكر شد مود شكست محيطي با يك مكانيزم كششي رخ مي دهد. در اين حالت فرض مي شود، شكست هنگامي رخ ميدهد كه تنش در محيط يك نيمه استوانه اي شكل دكمه به استحكام نهايي محل شكست برسد. بنابراين در اينجا رابطهي زير براي براي شكست محيطي جوش هاي نقطهاي در آزمون كشش-برش ارايه مي شود:
سختي آن كمتر و در نتيجه گردني شدن راحتتر باشد. رابطه ي 5 در حالتي كه شكست در BM يا در مرز HAZ و BM رخ دهد به صورت زير در مي آيد كه در آن σUTS)BM) استحكام كششي فلز پايه است.
PPF = 2πrt(σUTS )BM =πdt(σUTS )BM اين رابطه با روابط تجربي ارايه شده تطابق خوبي دارد. براي مثال Sawhill و Backer [6] رابطه يP = fdt(σUTS BM) را براي استحكام جوشهاي نقطه اي در آزمون كشش- برش ارايه دادند كه در آن f ضريبي بين 5/2 و 1/3 مي باشد.
شرط اينكه جوش نقطه اي در مود محيطي دچار شكست شود اين است كه نيروي شكست در مود محيطي كمتر از نيروي لازم براي شكست در مود فصل مشتركي باشد. بنابراين براي اطمينان از شكست جوش در مود محيطي داريم:
FPF ≤ FIF ⇒ d ≥ 4t

(στUTSWN)FL بنابراين قطر بحراني دكمه ي جوش به صورت زير بيان مي شود:
dCr = 4t

(στUTSWN)FL رابطه 8 بيان مـي كنـد كـه مـود شكسـت در نمونـه هـاي كشـش – برش وابسته به تركيبي از ضـخامت ورق، اسـتحكام فلـز پايـه واستحكام دكمه جوش است. بنابراين معيار شكست به اين صورت بيان مي شود:
اگر در يك جوش نقطه ايd p dcr آنگاه در حين آزمون در مود فصل مشتركي دچار شكست ميشود و اگر d f dcr در مود محيطي دچار شكست ميشود.
به علت كوچك بودن ابعاد جوش نقطه اي، بدست آوردن استحكام كششي و برشي مناطق مختلف آن به روش آزمون دوباره رابطه 9، قطر بحراني را علاوه بر ضخامت ورق به نسبتسختي فلز پايه و سـختي دكمـه ي جـوش وابسـته مـي كنـد. دررابطه ي فوق سختي ها برحسب مقياس ميكرو ويكرز مي باشـند .
همانطور كه ملاحظه مي شود در يك نسبت سختي ثابت، هرچـهضخامت ورق بيشتر باشد، dCr بيشتر خواهد بود. از طرف ديگر در يك ضخامت ورق ثابـت، هرچـه نسـبتHH ))WNFL ))

بيشـترباشد، تمايل به گردني شـدن افـزايش و در نتيجـه حساسـيت بـهشكست فصل مشـتركي كمتـر مـي شـود . بنـابراين رابطـه9 قطـربحران ي را ب رخلاف اس تانداردهاي ص نعتي موج ود ( همانن د استاندارد AWS، رابطه ي 1) نه تنهـا بـه ضـخامت ورق بلكـه بـهپارامتره اي مت الورژيكي ورق ( يعن ي نس بت س ختي دكم ه ي جوش بـه سـختي محـل شكسـت در مـود محيطـي) نيـز وابسـتهمي كند.

3-3-2-انتقال مود شكست در جوش هاي مقاومتي نقطه اي مشابه و نامشابه فولاد زنگ نزن آستنيتي و فولاد كم كربن بنابر مـدل تحليلـي فـوق، مهمتـرين فـاكتور متـالورژيكي كنتـرلكننده ي مود شكست جوشهاي مقـاومتي نقطـه اي حـين آزمـون كشش-بـرش، نسـبت سـختي دكمـه ي جـوش بـه سـختي محـلشكست در مود محطي است. بنـابراين، بـراي تحليـل انتقـال مـودشكست از مود فصل مشتركي به مود محيطي در اتصالات مشـابهو نامشابه فولاد زنگ نزن آستنيتي و فولاد ساده كم كربن بايد به دو مطلـب توجـه كـرد: 1) مح ل شكسـت در مـود محيط ي و 2) مشخصه هاي پروفيل سختي اتصال.
شكل (5) ماكروسـاختار، پروفيـل سـختي و ريزسـاختار دكمـه ي جـ وش اتصـ ال CS/CS نشـ ان مـ ي دهـ د. شـ كل (5-الـ ف) ماكروس اختار ي ك ج وش نقط ه اي CS/CSرا نش ان م يده د.
همانطور كه مشاهده مي شود ساختار يك جوش نقطه اي متشـكلاز سه منطقه است:

ابتدا به پروفيل سختي و ريزسـا ختار محـل اتصـال ايـن اتصـالاتتوجه كنيد.

الف

ب

ج
شكل (5): الف) ماكروساختار، ب) پروفيل سختي و ج) ريزساختار دكمه ي
جوش اتصال CS/CS.

1 -دكمه جوش ( منطقه اي كه در حين فرايند جوشكاري ذوبشدن را تجربه كرده و سپس دوباره منجمد شده)، 2 -منطقه متاثراز حرارت و 3-فلز پايه است.
همانطور كه ملاحظه مي شود، سختي دكمـه ي جـوش در اتصـالCS/CS بيشتر از سختي فلـز پايـه وHAZ اسـت( شـكل 5-ب).
اين امر را مي توان به تشـكيل فـاز مارتنزيـت در دكمـه ي جـوشمرتبط كـرد( شـكل 5-ج). در اينجـا نيـز تشـكيل مارتنزيـت دردكمه ي جوش به دليل سرعت بسيار زيـاد سـرد شـدن در فراينـدجوشكاري مقاومتي نقطه اي است.
شكل (6) ماكروسـاختار، پروفيـل سـختي و ريزسـاختار دكمـه ي جوش اتصال SS/SS نشان مي دهد. همانطور كه ملاحظه مي شود بر خلاف پروفيل سختي جوش هاي نقطه اي فولادهاي كم كربن، تغييرات سختي در امتداد محل اتصال زياد نيست. بـا ايـن وجـودسختي دكمـه جـوش وHAZ مقـدار ي كمتـر از سـختي فلزپايـهاست. سختي پايين تر دكمه ي جوش نسبت به فلز پايه را مي تـوانبه ساختار ريختگي و وجود دانه هاي ستوني درشت در آن نسبت داد. همانطور كه ملاحظه مي شود ساختار دكمه ي جـوش كـاملاآستنيتي است.
از آنجايي كه فلز پايـه ي مـورد اسـتفاده در ايـن پـژوهش فـولاد زنگ نزن آستنيتي استحاله ناپذير است بنابراين تغييرات فازي در منطقه متاثر از حرارت مشاهده نمي شود. اما كاهش جزيي سختي در HAZ فولادهاي زنگ نزن آستنيتي را مي توان به رشد دانه در اين منطقه وابسته كرد [11] .
ش كل (7) ارتب اط جري ان جوش كاري، درج ه ي رق ت، س ختي دكمه ي جوش و ريزساختار پيشبيني شده توسـط ديـاگرام شـيفلربراي اتصال ناهمجنس SS/CS نشان داده شده است.

الف

ب

الف

ب

ج
شكل (6): الف) ماكروساختار، ب) پروفيل سختي و ج) ريزساختار دكمه ي
جوش اتصال SS/SS

شكل (7): تاثير جريان جوشكاري بر درجهي رقت، ريزساختار و سختي دكمه ي جوش (FZ) در اتصال نامشابه A ) SS/CS: آستنيت، F: فريت و M: مارتنزيت)
حالا براي تحليل مود شكست اتصـالات ابتـدا بـه محـل شكسـت محيطي جوش هاي نقطـه اي توجـه كنيـد. شـكل 8 مـاكروگرافمقط ع ط ولي نمونه ه اي شكس ته ش ده ي ج وش ه اي CS/CS، SS/SS و CS/SS را نشان مي دهد. همانطور كه پيش تر ذكر شد، عامل شكسـت محيطـي تـنش هـاي كششـي در اطـراف دكمـه ي جوش است. محل شكست در مود محيطي جايي خواهد بود كـهتنش كششي و گردني شـدن را تجربـه كنـد. براسـاس شـكل(8) موارد زير قابل استخراج است:
براساس شكل (8-الـف )، محـل شكسـت اتصـالCS/CS ، در BM است. اين امر را مي توان به سختي پـايين تـرBM نسـبت بـهHAZ و FZ وابسته كرد. سـختي كـمBM يـك محـل ترجيحـيبراي گردني شدن حين آزمون كشش-برش توليد مي كند.
براساس شكل (8-ب)، محل شكست اتصال SS/SS، در مـرزFZ/HAZ است. از آنجايي كه تغييرات قابل تـوجهي در پروفيـلسختي در امتداد اين اتصال مشاهده نمـي شـود، تمركـز تـنش درلب هي دكمه ي ج وش ( م رز FZ/HAZ) ف اكتور كلي دي تعي ين كننده ي محل شكست است. به علاوه، نرم شدگي ناشي از رشـددانه در HAZ فولاد زنگ نزن مي توانـد موجـب شـروع شكسـتمحيطي از اين محل شود.
براساس شكل (8-ج)، محل شكسـت اتصـالCS/SS در BM طرف CS است. در اين مورد، محـل شكسـت محيطـي بوسـيله ي رقابت بين SS و CS براي گردني تعيين مي شـود . از آنجـايي كـهس ختي و اس تحكام كشش ي ورق CS كمت ر از SS اس ت، اي ن منطقه گردني شدن شديدتري نسبت به فـولاد زنـگ نـزن تجربـهمي كند و شكست از اين محل آغاز مـي شـود. بنـابراين مـي تـواننتيجه گرفت كـه اسـتحكام جـوش مقـاومتي نقطـه اي CS/SS در مود محيطي بوسيله ي استحكام فلزپايه ي فولاد كم كـربن كنتـرل ميشود.
حال براي تحليل پديده ي انتقال مود شكست از فصل مشتركي به محيطي در اين سه نوع اتصال، بايد نسبت سختي دكمهي جـوش(FZ) به سختي محل شكست (FL) را در نظر گرفت.
همانطور كه پيش از اين ذكر شـد، جـوش هـايSS/SS بيشـترينتمايل به شكست فصل مشتركي را از خود نشان مي دهند. نسـبتســـــ ختي در مـــــ ورد جـــــ وش هـــــ اي SS/SS برابـــــ ر
1788414160765

HFZ205
1.17= 175 =HFL است. اين نسبت پايين سختي موجـب
تشويق مود شكست فصل مشتركي مي شود. اما ايـن نسـبت بـراي
552450160871

H FZ330
فولاد كم كربن CS/CS برابر 2.4 = 140 =HFL است. اين نسبت سختي بالا، اندازه ي دكمه ي بحراني كمتر اتصـالCS/CS نسبت به SS/SS را نشان مي دهد.

92964-3544403

الف

ب

الف



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید