بررسي تأثير دماي پيشگرم بر ريزساختار آلياژ Al-5083 در جوشكاري به
GMAW روش

رامين صابري1*، ابراهيم حشمت دهكردي2 و عليرضا خدابنده3
كارشناس ارشد، دانشگاه صنعتي مالك اشتر( مجتمع علوم و فناوري زير دريا)، شاهين شهر، ايران
دكتري ، سازمان انرژي اتمي، تهران، ايران
دكتري ، دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات، تهران، ايران
* saberiramin9@yahoo.com
(تاريخ دريافت: 01/08/1389، تاريخ پذيرش:15/12/1389)

چكيده
در ميان آلياژهاي آلومينيم-منيزيم، آلياژ 5083 به دليل خواص مكانيكي بالا، جوشپذيري خوب و مقاومت به خوردگي بالا در آب دريا به طور وسيعي در ساخت تجهيزات و شناورهاي دريايي به كار رفته است. يكي از روش هاي متداول جوشكاري اين آلياژ كه براي ضخامت هاي بالا كاربرد بيشتري دارد روش جوشكاري GMAW مي باشد. در هنگام جوشكاري اين آلياژ به منظور حذف رطوبت هاي سطحي و جلوگيري از تخلخل، ذوب ناقص و همچنين كاهش احتمال پيچيدگي به پيشگرم نياز است. در اين بررسي آلياژ 321Al-5083 H توسط روش جوشكاري GMAW و با فلز پركننده ER 5183 در شش دماي پيشگرم مختلف جوشكاري گرديدند. سپس به منظور بررسي ريزساختار اين آلياژ از آزمون هاي متالوگرافي ماكرو و ميكرو و همچنين ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به EDS استفاده گرديد و تأثير تغييرات دماي پيشگرم براندازه دانه، رسوبات و منطقه متأثر از حرارت، در اين آلياژ مورد بررسي قرار گرفت. نهاًيتا سه نوع رسوب Al-Mg-Si ،Al-Mg و Al-Fe-Mn در اين آلياژ مشاهده شد كه با افزايش دماي پيشگرم مقدار رسوبات و اندازه دانه و پهناي منطقه HAZ افزايش يافت.

واژه هاي كليدي:
آلومينيم 5083، ريزساختار، تغييرات دماي پيشگرم، GMAW، رسوبات Al-Mg و Al-Mg-Si و Al-Fe-Mn

1- مقدمه
به دليل اينكه آلياژهاي آلومينيم-منيزيم داراي ويژگي هايي چون خواص مكانيكي بالا، مقاومت به خوردگي مناسب، قابليت شكل پذيري و انعطاف پذيري بالا و قابليت جوشكاري خوب مي باشند در صنايع مختلف كاربرد وسيعي پيدا كرده است كه از آن جمله مي توان به صنايع كشتي سازي، خودروسازي و هوافضا اشاره كرد.
آلياژ دوتايي آلومينيم – منيزيم پايه آلياژهاي عمليات حرارتي ناپذير سري 5xxx را تشكيل مي دهند. اگر چه منيزيم حلاليت چشمگيري در آلومينيم دارد (9/14% درCo 451) و حلاليت با كاهش دما به شدت كاهش مي يابد، ولي آلياژهاي آلومينيم- منيزيم در درصد هاي كمتر از Mg 7/0% رسوب سختي قابل توجهي از خود نشان نمي دهند. با وجود اين، منيزيم از طريق محلول جامد استحكام آلومينيم را به طور چشمگيري افزايش مي دهد و موجب كار سختي قابل توجهي مي شود [1-2]. از عناصر اصلي ديگر اين آلياژ مي توان منگنز، سيليسيم، كروم و تيتانيم را نام برد. منگنز نيز مانند منيزيم با تشكيل محلول جامد باعث افزايش استحكام و انعطاف پذيري مي شود و تركيب شدن با منيزيم باعث رسوب سختي خواهد شد. كروم باعث افزايش مقاومت به خوردگي تنشي شده و نهايتاً تيتانيم به عنوان ريزدانه كننده استفاده مي گردد[1].
در اغلب آلياژهاي اين گروه، منيزيم به صورت محلول جامد است. با اين وجود وقتي كه مقدار منيزيم در آلياژهاي Al-Mg از 5/3% تجاوز كند رسوب 2Al3Mg مي تواند با عمليات حرارتي در دماي پائين و يا آرام سرد كردن آلياژ از دماي بالا تشكيل شود. به عنوان مثال ، آلياژ 5086، كه داراي 4% منيزيم است، اگر پس از كارسرد در محدوده C-180oCo120 گرم شود شبكه پيوسته 2Al3Mg بوجود مي آيد كه اين ساختمان نامطلوب آلياژ را مستعد به خوردگي توام با تنش مي كند. بنابراين در اين گونه آلياژها جهت آزاد كردن تنشهاي داخلي، آلياژ مورد نظر را در دماي بالاي Co245 حرارت مي دهند. توسط اين فرايند، ذرات 2Al3Mg رسوب كرده در مرز دانه ها بصورت ريز در زمينه فلزي ظاهر مي شوند[2].
از ديگر ذراتي كه در اين گروه آلياژها تشكيل مي شود، ذرات سيليسيم-منيزيم(Mg2Si) مي باشد. اين ذرات در حضور منيزيم حلاليت كمتري دارند (دماي حلاليت اين ذرات Co595 است). همچنين در اين آلياژ تركيبات آهن دار نيز مشاهده مي شود كه دماي حلاليت آنها Co637 مي باشد. همچنين قابل ذكر است دامنه انجماد اين آلياژ Co574 تا Co638 مي باشد[3-7].
از روش هاي متداول جوشكاري اجزاي آلومينيومي، روش GMAW مي باشد. در اين روش قوس بين الكترود مصرف شدني و قطعه كار ايجاد مي شود كه به منظور تميزكاري قوس و شكستن لايه هاي اكسيدي در جوشكاري آلومينيم در اين روش از جريان مستقيم با الكترود مثبت (DCEP) استفاده مي گردد[1].
در هنگام جوشكاري آلياژ Al-5083 به منظور حذف رطوبت هاي سطحي و جلوگيري از تخلخل، ذوب ناقص و همچنين كاهش احتمال پيچيدگي انجام عمليات پيشگرم قبل از جوشكاري ضروري است. البته پيشگرم اضافي مزاياي آن را از بين مي برد. در اين بررسي تغييرات دماي پيشگرم بر ريزساختار اين آلياژ Al-5083 در جوشكاري به روش GMAW بررسي مي شود.

مواد و روش انجام آزمايشات
2-1- مواد و آماده سازي نمونه ها در اين تحقيق از ورق هاي Al-5083 H321، به ابعاد 300mm×150mm×12mm و فلز پر كننده ER 5183 استفاده شد. به منظور تعيين تركيب شيميايي فلز پايه، آزمايش كوانتومتري مطابق با استاندارد ASTM E406-81 انجام گرفت كه نتايج آن در جدول (1) نمايش داده شده است. همچنين در اين جدول نتايج تركيب شيميايي فلز پايه و فلزپركننده با توجه با استاندارد AWS آمده است[4-6].
سطح پليت هاي جوشكاري توسط پارچه اي آغشته به استون از چربي و آلودگي ها تميز شدند سپس مطابق با شكل(1 توسط عمليات سنگ زني و سوهانكاري آماده سازي گرديدند. براي جفت شدن و جلوگيري از پيچيدگي و همچنين سريع سرد شدن نمونه ها از فيكسچر و پشت بند مسي استفاده شد. طبق الزامات، محل جوش بايد عاري از لايه هاي اكسيدي و آلودگي هايي چون روغن، گريس و… باشد به اين منظور محل جوشكاري توسط برس سيمي از جنس فولاد زنگ نزن برس زده شد و براي جلوگيري از پيچيدگي و حذف رطوبت نمونهها، محل جوشكاري توسط مشعل پيشگرم گرديد. بعد از انجام

جدول (1): تركيب شيميايي فلز پايه 5083 و فلز پر كننده 5183ER (درصد وزني).
مرجع alloy Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Others

Each Totals Al
AWS D3.7 5083 0/4 0/4 0/10 0/4-1 4-4/9 0/05-0/25 0/25 0/15 0/05 0/15 Remaind
er
AWS D5.10 ER5183 0/4 0/4 0/10 0/5-1 4/3-5/2 0/05-0/25 0/25 0/15 0/05 0/15 Remaind
er
كوانتومتري 5083 0/29 0/4 0/07 0/45 4/44 0/12 0/05 0/04 0/045 0./005 Remaind
er

پيشگرم نيز دوباره محل جوشكاري، به منظور تميز كردن سطح از هيدروكربن ها و لايه هاي اكسيدي ناشي از شعله، برس زني گرديد. سپس جوشكاري مطابق با WPS با روش جوشكاري GMAW و توسط دستگاه KAMPPI 500 و عمود بر جهت نورد انجام گرفت.

الف
(
اتصال

محل

مشخصات

الف

(

اتصال

محل

مشخصات

ب) ابعاد پليت هاي جوشكاري شكل(1): تصوير محل اتصال

2-2- عمليات جوشكاري
عمليات جوشكاري مطابق با پارامترهاي جدول (2) انجام گرفت و به منظور بررسي دماي پيشگرم در شش دما بررسي ها صورت پذيرفت. يك نمونه بدون پيشگرم با دماي محيط حدود Co20 و سپس بقيه نمونه ها با دماهاي پيشگرم Co50 و Co100 و Co150 و Co200 و Co250 جوشكاري شدند. قابل ذكر است كه تمامي شرايط براي جوشكاري به جز دماي پيشگرم ثابت بوده است.

جدول (2): پارامترهاي جوشكاري Al-5083 به روش GMAW
قطر فلز پركننده(mm) قطبيت جريان(A)
1/2 DCEP 180-120
نوع فلز پركننده ولتاژ(V) تعداد پاس
ER 5183 22-18 3
مدت زمان پيشگرم(Min) وضعيت جوشكاري نوع گاز محافظ
5 3G آرگون(8/99%)

2-3- بررسي هاي ريزساختاري
نمونه ها به منظور بررسي ساختار آماده سازي شدند. براي مطالعه ماكروساختاري از محلول اچ(%48) HF استفاده گرديد و براي مطالعه ريزساختاري از دو محلول استفاده شد. محلول اول 1ml H3PO4 , 9ml H2O و ديگري محلول 2ml ) Keller s reagent
HF(48%), 3ml HCl, 5ml HNO3, 190ml H2O)، كه محلول اول بيشتر براي مشاهده رسوبات و اندازه دانه منطقه متاثر از حرارت و فلز پايه كاربرد دارد و محلول دوم براي مشاهده رسوبات و اندازه دانه در فلز جوش استفاده مي شود [7-8].

3- نتايج و بحث
3-1- بررسي نوع رسوبات
در اين آلياژ سه نوع رسوب مي توان مشاهده كرد، رسوبات غني از آهن (Al-Fe-Mn) كه نمايانگرAl6(Fe-Mn) هستند گاهي علاوه بر Fe ،Mn ،Al مقداري Cr هم ديده مي شود (Al(Fe-Mn-Cr))، رسوبات شامل سيليسيم و منيزيم (Al-Si-Mg) كه نشان دهنده رسوبات Mg2Si هستند و رسوبات غني از منيزيم (Al-Mg) كه نمايانگر 2Al3Mg مي باشند. در جدول به طور خلاصه نوع رسوبات و نحوه شناسايي آنها آورده شده است [8 -10].

جدول (3): نوع رسوبات و نحوه شناسايي آنها در شكل (2) تصاوير ريزساختاري نمونه هاي پوليش شده بدون
Al-Mg Al-Si-Mg Al-Fe-Mn Al-Fe-Mn-Cr عناصر تشكيل
دهنده رسوب
Al3Mg2 Mg2Si Al6(Fe,Mn) Al(Fe-Mn-Cr) نوع رسوب
450 635 637 دماي حلاليت(Co)
اچ شده اچ شده بدون اچ و با اچ شرايط متالوگرافي
10%H3PO4 & keller 10%H3PO4 & keller 10%H3PO4 نوع محلول اچ
با اندازه هاي كوچك
كروي و ريز و به رنگ خاكستري متمايل به مشكي اما روشن تر از
Mg2Si به صورت ميله اييا كروي نسبتا
بزرگ و رنگ آبي
كبود متمايل به سياه به رنگ قهوه اي
روشن متمايل به زرد
تيره مشخصه رسوب
اچ براي دماي پيشگرم Co100 در ميكروسكوپ نوري مشاهده مي گردد. در اين تصاوير رسوبات Al-Fe-Mn با رنگ روشن و با عدد 1 و رسوبات Al-Mg-Si با رنگ تيره و با عدد 2 و به صورت محدود مشخص هستند، اما رسوبات Al-Mg مشخص
نيستند.

ج فلز جوش ب: منطقه متاثر از حرارت الف: فلز پايه
شكل (2): تصاوير ميكروسكوپ نوري نمونه هاي بدون اچ از: الف- فلز پايه، ب HAZ و ج –فلز جوش ( رسوب 1:Al-Fe-Mn و رسوب 2:Al-Mg-Si ) .

ج
:

رسوب

آناليز
1-
b

)
Al-Fe-Mn

(

ب
:

رسوب

آناليز
1-
a

)
Al-Fe-Mn

(

الف
:
ميكروسك

تصوير
و

اچ

با

پايه

فلز

از

الكتروني

پ
H
3
Po
4
+
H
2
O

ج

:



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید