مطالعه اثر پارامترهاي فرآيند جوشكاري نوساني قوسي تنگستن -گاز بر
ريزساختار فولاد مقاوم به حرارت HP

علي رضا نامجو*1، رضا دهملائي2، علي اشرفي2
كارشناس ارشد مهندسي مواد- جوشكاري، دانشگاه شهيد چمران، اهواز، ايران
استاديار، دانشگاه شهيد چمران، اهواز، ايران
*a.namjou@cbasco.ir
(تاريخ دريافت: 23/01/91، تاريخ پذيرش: 01/04/91)

چكيده
در اين پژوهش فولاد مقاوم به حرارت HP ريختگـي توسـط فلـز پركننـدهER-NiCr3 بـا اسـتفاده از روشهـاي جوشـكاري نوسـاني قـوستنگستن-گاز (جوشكاري پالسي) و جوشكاري قوس تنگستن-گاز (جوشكاري بدون پالس) انجام و تاثير فرآيند جوشكاري بر ريز سـاختار آن مورد بررسي و مقايسه قرارگرفت. در شرايط ريختگي و با استفاده از روش جوشـكاري قـوس تنگسـتن-گـاز ، در فصـل مشـترك فـولادمقاوم به حرارت HP و فلز پر كننده ER-NiCr3 يك ناحيه مخلوط نشده بهدليل عـدم اخـتلاط مكـانيكي كامـل مشـاهده شـد . بـا اسـتفاده ازجوشكاري پالسي در شدت جريان بالايي 180 آمپر، شدت جريان زمينه 60 آمپر، فركانس 10-12 هرتز و دوره كاري 40 درصد، اين ناحيه حذف و ريز ساختار فلز جوش ريزدانهتر گرديد.

واژه هاي كليدي:
فولاد مقاوم به حرارت HP، جوشكاري نوساني قوس تنگستن-گاز، ناحيه مخلوط نشده، فلز پر كننده ER-NiCr3

1- مقدمه
فولاد مقاوم به حـرارت HP نخسـتين بـار در سـال 1960 در طـيتحقيقات گسترده بـر روي توسـعه فولادهـاي مقـاوم بـه حـرارتمعرفــي گرديـ د [1]. ايـ ن آليـ اژ درشـ رايط ريختگـ ي داراي انعطافپذيري و قابليت جوشـكاري مناسـبي اسـت. سـاختار ايـنفولاد در تمام دماها آستنيتي بوده و بـه دليـل درصـد نيكـل بـالا، حساس به تشكيل فاز سيگما نيست [2-3]. امروزه فولاد مقاوم بـهح رارت HP ب ه دلايل ي مث ـل اس تحكام ب الا، ظرفي ت تحم ل حرارتهاي بالا، مقاومت خسـتگي حرارتـي و مقاومـت خزشـيمناسب در دماي بالا كاربرد وسيعي را در صـنايع گونـاگون پيـداكرده است [4-5]. بنابراين، مطالعه و بررسي جوشكاري و جوش پذيري اين فـولاد ضـروري مـيباشـد . تحقيقـات انجـام شـده درارتباط با جوشكاري قوسي تنگستن-گاز اين آلياژ نشان مـي دهـدكه جوشپذيري اين فولاد در شـرايط ريختگـي مناسـب بـوده وجــوش حاصــل فاقــد تــرك و از پيوســتگي مطلــوبي بــا زمينــهبرخوردار است [6-7].
درتحقيقات صورت گرفته در فصل مشترك فلز جوش و فلز پايه يك ناحيه مخلوط نشده گزارش شده اسـت [8]. در محـيط هـاييكه فلز پايه و جوش مقاوم به خوردگي هستند، خوردگي ترجيحا در اين نواحي بيشتر از ساير قسمتها صورت مـي گيـرد [9-10].
ايجاد فركانسهاي بالا در جوشكاري پالسي باعث ايجـاد نوسـاندم ايي و ل رزش حوض چه م ذاب م يش ود [11-13]. ه مچن ين تكنولوژي جوشكاري (فرايند جوشكاري، هندسه و لرزش

جدول (1): تركيب شيميايي فولاد مقاوم به حرارت HP و فلز پركننده (درصد وزني).
Fe Ni Cr C Nb Ti Al Mo Mn Si
35/4 35/8 24/4 0/4 1/3 —– —- 0/04 1/3 1/3 فولادHP
3 67 /22 18 0/1 2-3 0/75 0/3 —- 2/5 0/5 ER-NiCr3 اينكونل
جدول (2): مشخصات جوشكاري نمونهها در اختلاف پتانسيل 14 ولت.

سرعت جوشكاري پاس دوم تا چهارم
(ميليمتر بر ثانيه) سرعت جوشكاري پاس اول (ميليمتر بر ثانيه) درصد دوره كاري3 فركانس (هرتز) جريان زمينه (آمپر) جريان بالايي (آمپر) نمونه
1/1 1/5 ——– ——- ——- 120 1
1/1 1/5 50 6 60 180 2
1/1 1/5 40 6 60 180 3
1/1 1/5 60 6 60 180 4
1/1 1/5 40 8 60 180 5
1/1 1/5 40 10 60 180 6
1/1 1/5 40 12 60 180 7

حوضچه مذاب در حين جوشكاري) ميتوانـد بـر ناحيـه مخلـوطنش ده1 م ؤثر باش د [14]. در اي ن مقال ه، مطالع ه اث ر پارامتره اي فرآين د جوش كاري نوس اني قوس ي تنگس تن-گ از (جوش كاري پالسي) و مقايسه آن بـا روش جوشـكاري قوسـي تنگسـتن-گـاز(جوشكاري بدون پالس) بر ريز ساختار فولاد مقـاوم بـه حـرارت
HP و تاثير بر ناحيه مخلوط نشده مورد بررسي قرار گرفته است.

2- مواد و روش تحقيق
دراين پژوهش از فولاد ER-NiCr3مقاوم به حرارتHP به عنوان فلـز پايـه و فلز پركننده به عنوان فلز جوش استفاده شـده اسـت.
فلز پركننـده مطـابق بـا اسـتاندارد الكترودهـا و سـيم جـوشهـاي A5.14 WS كه در بيشتر كاربردهاي جوشكاري فولاد مقـاوم بـه حرارت HP استفاده ميشوند، جوشكاري شـد [9- 15]. تركيـب شيميايي فلز پايه و پركننده در جدول (1) نشان داده شـده اسـت.
با توجه به توليد ريختگي فولاد مقاوم به حـرارت HP بـهصـورتلوله، نمونهها از لولـه هـاي بـا قطـر 235 ميلـي متـر و ضـخامت 13 ميليمتر تهيه شد. نمونـه هـايي بـه ابعـاد cm 10*10 بـا اسـتفاده ازماش ينكاري از لول هه اي اولي ه ج دا گردي د . ب ه منظ ور انج ام
جوشـكاري و بـر اسـاس اسـتاندارد ASME IX از طـرح اتصـال

جن اغي ي ك طرف ه ب ا زاوي ه پ خ 75 درج ه و فاص له ريش ه 4/2 ميليمتـر (معـادل قطـر سـيم جـوشهـاي مصـرفي) اسـتفاده شـد.
جوشكاري در شرايط مختلف بدون پيشگرم كردن و بـا اسـتفادهاز جوشــــــكاري نوســــــاني قوســــــي تنگســــــتن-گــــــاز (PGTAW-DCEN) و جوشــ كاري قوســ ي تنگســ تن گــ از
(GTAW-DCEN) در شرايط تخت انجام گرديد.
گاز مصرفي در همه موارد جوشكاري، آرگـون خـالص بـا نـرخجريان 2CFH 40 بـراي حفاظـت روي جـوش و CFH 25 بـرايحفاظـــت پشـــت بـــوده اســـت. پـــس از پايـــان جوشـــكاري، نمونهها در هوا خنك شدند و هيچ گونه عمليات حرارتي پس از جوشكاري روي آنها انجام نشد. مشخصات جوشكاري نمونهها در جدول (2) مشاهده ميشود. براي مطالعه و بررسي ريز ساختار فلز پايه و جـوش و تـركهـاي ناحيـه مجـاور جـوش در شـرايطمختلف جوشكاري از متالوگرافي استفاده گرديـد . بـدين منظـورنمونههـايي از فلـز پايـه و قطعـات جـوش بـا ابعـاد cm 4×2×1 از قطعات جوش در شرايط جوشكاري شده با پارامترهـاي مختلـفتهيه گرديد. نمونهها با استفاده از سنبادههاي كاربيـد سيليسـيوم از80 تا 1200 سنباده زني شده و سپس بـه كمـك پـودر آلومينـا بـااندازه ذرات µm 3/0 پوليش شدند.
نمونهها توسط محلول ماربل به مـدت 25 ثانيـه اچ شـدند. سـپسري ز س اختار ن واحي مختل ف ج وش و فل ز پاي ه ب ا اس تفاده ازميكروسكوپ نوري مورد بررسي قرارگرفت. بـه منظـور بررسـيتركيب شـيميايي و شناسـايي فازهـا و منـاطق مختلـف سـاختاريفولاد HP از ميكروسكوپ الكترونـي روبشـي(SEM ) مجهـز بـهسيستم آناليزكننده نقطه اي (EDS) استفاده شد.

3- نتايج و بحث
شكل (1) ريـز سـاختار فـولاد HP را در دو بزرگنمـايي مختلـفنشان ميدهد. شكل (1- الـف ) نشـان مـيدهـد كـه ريـز سـاختارفولاد مقاوم بـه حـرارت HP در شـرايط ريختگـي داراي زمينـه آسـتنيتي همـراه بـا شـبكه پيوسـتهاي از كاربيـدهاي دنـدريتي يوتكتيك در مرز دانهها است.

الف

200
µm
20
µm

الف

200

µm

20

µm

ب
شكل (1): ساختار فولاد HP در دو بزرگنمايي مختلف

بررسي ساختار همين نمونه (شكل 2- الف) توسط ميكروسكوپ الكتروني با دتكتور الكترونهاي برگشتي نشان ميدهدكه شـبكهكاربيدهاي اوليه در مرز دانهها متشكل از دو نوع كاربيد با رنگ-هـاي تي ره و روشـن اس ت. نت ايج آنـاليزEDS اي ن كاربي دها در (شكل 2- ب) نشان ميدهد كه كاربيدهاي تيـره غنـي از كـرم و آهن ميباشد. با توجه به (شكل 2- ج)كاربيدهاي روشن غني از نيوبيم بوده و از نوع NbC است. تحقيقات ساير پژوهشـگران نيـزنتايج مشابهي را در مورد كاربيدهاي اوليه اين فولادها نشـان دادهاست [6, 16- 17].
با توجه به پارامترهاي جوشكاري جدول (2) ومعادله (1)، شـدت جريان ميانگين جوشكاري پالسي نمونه دوم ((Im بهصـورت زيـرمحاسبه ميگردد.

معادله 1 I

120A
..

بالايي، Ib شـدت جريـان پـاييني، tp مـدت زمـان جريـان پـاييني ميباشد. با توجه به معادله (2) و (3) و برابر شـدن شـدت جريـاندر نمونه (1) و (2)، حـرارت ورودي نمونـه پالسـي ((QPULSED و ب دون پ الس ((QCON. براب ر ب ا 1120 ژول ب ر ميل يمت ر بدس ت ميآيد.

معادله(2) .

4066796-93957

1120 j/mm

.12014
.

1.2 1120 j/mm

در معادلــه (2) و (3)، Im شــدت جريــان ميــانگين، E اخــتلاف پتانسيل و Vسرعت جوشكاري ميباشد.
با توجـه بـه يكسـان بـودن حـرارت ورودي، تفـاوت اصـلي ريـزساختاري در تغيير فرآيند جوشكاري ايجاد ميشود. درنمونه دوم
(بـ ر اسـ اس جـ دول 2)، از روش جوشـ كاري نوسـ اني قـ وس ج
تنگستن-گاز يا به اختصار جوشكاري تيگ پالسي درفركـانس 6 شكل (2): تصوير ميكروسكوپ الكتروني (الف): فولاد HP، (ب): آناليز هرتز و درصد زمان ماندن در شدت جريان بـالايي بـه زمـان كـل EDS فاز روشن، (ج): آناليز EDS فاز تيره.
در معادله (1)، Ip شـدت جريـان بـالايي، tp مـدت زمـان جريـان
(درصد دوره كاري3)، 50 استفاده شده است. اين شـرايط اجـازهميدهد ذوب و انجماد فلز جوش به صورت نوساني انجـام شـود. بنابراين، حرارت با نرخ كمتري به سمت فلز پايه منتقل ميشود و ناحيه مخلوط نشـده نسـبت بـه جوشـكاري قـوس تنگسـتن-گـازكوچكتـر مـيشـود . در شـكل (3) فصـل مشـترك فلـز جـوش ER-NiCr3 و فولاد مقاوم به حرارت HP نشان داده شـده اسـت. در شكل مشاهده ميشود كه منطقه جـوش داراي سـاختار ريزتـر از فلز پايه است ولي همچنان زمينه آستنيتي به همراه كاربيـدهاييوتكتيك اوليه است.

الف

ب

الف

ب

الف

100
µm
نشده

مخلوط

ناحيه

رقابتي

رشد

100
µm
نشده

مخلوط

ناحيه



قیمت: تومان


پاسخ دهید