امسلاپ شور اب هدش -...

16
وين/ جلد مجله مواد ن10 / شماره2 / زمستان1398 33 رسی بر پهنای جوشذ و برعمق نفو مختلف عوامل آلیاژوم گریدیتانی ت5 (Ti-6Al-4V) جوشکاری شده با روشسما پشاداسر وحید ی* 1 دابخشی ، امیرحسین خ2 اریخ دریافت:ت( 21 / 07 / 1398 ، ش ص:48 - 33 ، یخ پذیرش: تار26 / 10 / 98 ) چکیدهیق در این تحق، تاثیرسما بر مختلف جوشکاری پ عواملش ورق کیفیت جو روی3 لی می متر آلیاژیتانیوم تTi-6Al-4V رسی بر شده است. شکاری وکی، سرعت خطی جون الکتریمل شامل شدت جریا این عوارکیب مختلف گاز تسما پآرگون( ـ) هلیوم استه جوش سطح و ریش بر پهنای که( شان ننده ده)ارت ورودی حر مقدار موثر می باشدکروگرافی ن . نتایج ما شان می- ده نفوذ جوشکاریاخل این محدوجود دارد که در دکی و سرعت خطی ون الکتریز شدت جریاوده مشخص اه یک محدهد ک دب داخلیرگونه عیش بدون ه یک منطقه جوده و بو مناسب و سطحیکی مطلوبص مکانی خوا و با بدست میین با آید. همچن محافظت موضعی منطقه جوش شامل سطح دنباله و ریشه ج وش با گاز آرگون با خلوص5N می منطقه توان از اکسید شدن جوشیتانیوم بر سطح جوشیل اکسید ت و تشکری کرد جلوگیجوش نقره( )نگ براق ای ر. نتایج آزمونشان میکی ن مکانیهد د فلز جوش نزدیک بام کششیری، استحکمل جوشکا بدست آمده از عواوده مناسباخل محده در صورت جوشکاری در د ک ه فلزه می پای باشد. کیفیت جوشده و بویار مناسبما بسس جوشکاری پی روشپذیراری، تکر جوشکاردن روشتوماتیک بو به علت ا کنترل می به خوبی قابل باشد.ر گاز هلیوم افزایش مقدا، تر جوش می عمق نفوذ باش و باعث گسترش منطقه جورسی شود. برشان میطقه جوش ن ریزساختار مند که دهندانهه د سه ساختار آلفای محصور شدی، ساختار آلفا ا ـ و)اتنویدمن اشت( بتا در ساختارنزیت مارت فلزجود داردش و جو. واژ ه های کليد ی: سما، جوشکاری قوس پ ر ی زساختار،نزیت آلفای محصور شده، مارتیتانیوم ، آلیاژ تTi-6Al-4V . 1 - سامانهشکده ایران، پژوهیشگاه فضایستادیار پژوه ا، تهران، ایرانی حمل و نقل فضای های2 - سامانهشکده ایران، پژوهیشگاه فضایق پژوه محق، تهران، ایرانی حمل و نقل فضای های* - ویسنده مس ن ئ مقاله ول: [email protected]

Upload: others

Post on 28-Mar-2021

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

33 1398زمستان /2شماره /10مجله مواد نوين/ جلد

جوشکاری (Ti-6Al-4V) 5تیتانیوم گرید آلیاژعوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش بررسی

پلاسمابا روش شده 2، امیرحسین خدابخشی1*یاسر وحیدشاد

(26/10/98تاریخ پذیرش: ،33-48ش ص: ،21/07/1398)تاریخ دریافت:

چکیده Ti-6Al-4V تیتانیوم متر آلیاژمیلی 3روی کیفیت جوش ورق عوامل مختلف جوشکاری پلاسما بر تاثیر ،در این تحقیق

ـ )آرگون پلاسماترکیب مختلف گاز این عوامل شامل شدت جریان الکتریکی، سرعت خطی جوشکاری و .شده است بررسی

-شان می. نتایج ماکروگرافی نباشدمیموثر مقدار حرارت ورودی(دهنده نشان) که بر پهنای سطح و ریشه جوش است هلیوم(

دهد که یک محدوده مشخص از شدت جریان الکتریکی و سرعت خطی وجود دارد که در داخل این محدوده نفوذ جوشکاری

آید. همچنین با بدست میو با خواص مکانیکی مطلوب و سطحی مناسب بوده و یک منطقه جوش بدون هرگونه عیب داخلی

توان از اکسید شدن منطقه می 5Nوش با گاز آرگون با خلوص سطح دنباله و ریشه ج شامل محافظت موضعی منطقه جوش

دهد مکانیکی نشان میآزمون نتایج .ای رنگ براق()جوش نقره جلوگیری کرد و تشکیل اکسید تیتانیوم بر سطح جوش جوش

ه فلز که در صورت جوشکاری در داخل محدوده مناسب بدست آمده از عوامل جوشکاری، استحکام کششی فلز جوش نزدیک ب

به علت اتوماتیک بودن روش جوشکاری، تکرارپذیری روش جوشکاری پلاسما بسیار مناسب بوده و کیفیت جوش باشد.پایه می

شود. بررسی باعث گسترش منطقه جوش و عمق نفوذ بالاتر جوش می ،افزایش مقدار گاز هلیوم باشد.به خوبی قابل کنترل می

بتا )ویدمن اشتاتن( و ـ ای، ساختار آلفاسه ساختار آلفای محصور شده دندانهدهد که ریزساختار منطقه جوش نشان می

.جوش وجود داردفلز مارتنزیت در ساختار

.Ti-6Al-4V، آلیاژ تیتانیوم آلفای محصور شده، مارتنزیت زساختار،یر جوشکاری قوس پلاسما،: یکليدهای هواژ

های حمل و نقل فضایی، تهران، ایراناستادیار پژوهشگاه فضایی ایران، پژوهشکده سامانه -1 های حمل و نقل فضایی، تهران، ایرانمحقق پژوهشگاه فضایی ایران، پژوهشکده سامانه -2

[email protected]: ول مقالهئنویسنده مس -*

Page 2: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

جوشکاری شده... (Ti-6Al-4V) 5بررسی عوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش آلياژ تيتانيوم گريد 34

یشگفتارپ قرمگیاستحکام بالا، چ خواص ترکیبی از نیومتیتا

و مقاومت به خوردگی در ، غیرسمی، چگالی پایینمناسب

است. (C 600°)تا بالا نسبتاً دماهای بسیار پایین تا دمای

خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مناسب فلز این

جایگاهی ویژه در ایجاد باعث ،تیتانیوم و آلیاژهای آن

اردر کن .شودمیمحصولات فلزی پس از فولاد و آلومینیوم

دستهدر محصولات مصرفی مثل تیتانیوم کاربردهای

ترین مهم ،های قابل حملرایانهدوچرخه و بدنه گلف،

ذکر شده بفرد منحصر به دلیل خواص کاربردهای تیتانیوم

صنعت نفت، گاز و ،در صنایع فضایی، هوافضا تربیش

های و اندام صنایع خودرو، صنایع دریایی پتروشیمی،

در کاربردهای فضایی انواع مخازن .دباشمی داخلی بدن

های ذکرشده مورد سوخت مایع و جامد با توجه به ویژگی

های انتقال گیرد. این مخازن در سامانهاستفاده قرار می

های کنترل وضعیت ماهواره و تجهیزات مداری، سیستم

. انواع (1شکل ) شودهای فضایی استفاده میجانبی سازه

های جوشکاری معمول مورد استفاده در ساخت روش

و 1های ذوبیمخازن مورد کاربرد فضایی شامل روش

اتاق یتیتانیوم خالص در دما. ]1-3[باشدمی 2جامدنیمه

یاست که در دما (آلفا)فاز HCP بلوریساختار یدارا

یر تغی (بتا)فاز BCCبلوری به ساختار C 885°نزدیک

بسته به نوع و مقدار عناصر ،انتقال بتا ییابد. دمامیفاز

تواند افزایش و یا کاهش یابد. یم ییا مواد ناخالص یآلیاژ

همچون آلومینیوم، گالیوم، ژرمانیوم، کربن، یعناصر آلیاژ

فاز آلفا و یهاعنوان پایدارکنندهه اکسیژن و نیتروژن ب

تالیوم، نیوبیوم، همچون مولیبدن، وانادیوم، تان یعناصر

های پایدارکنندهآهن، کروم، منگنز، کبالت، نیکل و مس

یتیتانیوم بر اساس میزان فازها یآلیاژها. باشندیم فاز بتا

5اتاق به یدر دما خود موجود در ساختار یآلفا و بتا

، شبه بتابتا-آلفا، آلفا شبهشامل تیتانیوم آلفا، یدسته اصل

و ییتانیوم خالص تجار. ت]4، 1[ندشویم یبندو بتا تقسیم

با استفاده از یتیتانیوم قابلیت جوشکار یتر آلیاژهابیش

ترین متداول .]6، 5[را دارند یمختلف جوشکار یهاروش

تیتانیوم یآلیاژها یمورد استفاده برا یجوشکار یهاروش

، جوشکاری ]9-7[شامل جوشکاری تنگستن با گاز خنثی

1- Fusion 2- Semi-Solid

،]13[ی الکترون ی باریکهجوشکار، ]12-10[قوس پلاسما

یو جوشکار ]15 ،14[ لیزر جوشکاری باریکه نور

مذاب تیتانیوم . اشاره نمود ]17، 16[اصطکاکی اغتشاشی

و هیدروژن واکنش ، نیتروژن، کربنبه آسانی با اکسیژن

دهد که این عناصر از طریق تماس با هوا و یا سطح می

شوند و اثرات تواند جذب مذاب تیتانیوم یآلوده م

. به داشته باشندلز جوش فخواص یرا بر رو ینامطلوب

جوش قوس همچون یجوشکار یهمین علت فرآیندها

جوشکاری تیتانیوم مناسب نیستند. یبرازیرپودری

توان به فلزات دیگر جوش یتیتانیوم را نم همچنین عمدتاً

رد در ناحیه تُ یزیرا امکان تشکیل ترکیبات بین فلز ؛داد

و شکست ركتوانند سبب ایجاد تَوجود دارد که میجوش

جوشکاری قوس پلاسما در ناحیه جوش شوند. تُرد

(PAWتوسعه ) جوشکاری قوس تنگستنی گازی یافته

(GTAW) قوس پلاسما از درون علت ایناست، به

شده که قوس ایجاد کندکننده عبور میافشانکی تنگ

عبور داده از خنثی . گ]18[تر و عمق بیشتری داردباریک

گاز و وظیفه تشکیل پلاسما را دارد افشانک شده توسط

خنثی عبور داده شده بین افشانک و سرامیک وظیفه

مگ -حفاظت منطقه جوش مشابه با روش تیگ و میگ

گاز خنثی قوس یا به صورت آرگون خالص و یا . دارد

جوشکاری .]19[شودهلیوم استفاده می -کیب آرگونتر

4اخ کلیدیورو س 3ذوبی با دو حالت فنی،سما قوس پلا

که در استبا روش تیگ ذوبی مشابه حالت شود.انجام می

سوراخ حالت. شودمتر ایجاد میهای زیر یک میلیضخامت

های با ضحامت کلیدی نفوذ عمیق اتصال را برای اتصال

-کند. جوشدر یک پاس فراهم می متربالاتر از یک میلی

های ا گرایش به سوختگی کناره و رویههای قوس پلاسم

های فوقانی دارند، مگر این که در حدب در امتداد لبهمُ

رکننده اضافه شود یا این که پاس جریان جوشکاری فلز پُ

.]21[ ثانوی به عنوان پاس زینتی به کار برده شود

3- Melt-in 4- Key hole

Page 3: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

35 1398زمستان /2شماره /10مجله مواد نوين/ جلد

صنايع فضايی مورد کاربرد در Ti-6Al-4Vمخازن تيتانيوم -1شکل

بر روی عوامل مختلف های قبلیمحققتحقیقات

، ]24، 23، 22، 21، 11[ مانند شدت جریان جوشکاری

، قطر ]25، 24، 22، 21، 11[ سرعت خطی جوشکاری

، نوع طراحی ]22[ قطر تنگستن و سوراخ نازل مسی

]24، 21[ پلاسما نرخ جریان گاز ]19، 11[ اتصال جوش

بر ]26-29[ پالسی میکروپلاسما اثرات فرکانس جوشو

روی مقدار اعوجاج، خواص مکانیکی و ریزساختار آلیاژ

بوده است. این بررسی عوامل ذکر شده 5تیتانیوم گرید

حداکثر های نازك و تا ضخامتعمدتا بر روی ورق

mm 1 .بررسی عوامل ذکر شده نشان داده بوده است

امل برای است که حداقل حرارت ورودی به شرط نفوذ ک

ترین بدست آوردن خواص مکانیکی بهینه همراه با کم

اثر عوامل فرآیند در این تحقیق .باشداعوجاج مناسب می

با Ti-6Al-4Vجوشکاری قوس پلاسما بر روی آلیاژ

گیرد. در این تحقیق می مورد بررسی قرار mm 3 ضخامت

برای اولین اثر شدت جریان و سرعت خطی جوشکاری و

به منظور بدست )هلیوم + آرگون( گاز پلاسما ترکیب ،بار

ترین حرارت ورودی به فلز آوردن یک جوش سالم با کم

گیرد.جوش، مورد بررسی قرار می

هامواد و روشبه منظور بررسی عوامل شدت جریان الکتریکی و

ترکیب مختلف گاز سرعت خطی جوشکاری و نیز اثر

اژی تیتانیوم گرید های آلیاز ورق هلیوم در پلاسما،-آرگون

استفاده شده 2mm 70150 و ابعاد mm 3 ا ضخامتب 5

است. ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی ورق مورد

قبل از فرآیند آورده شده است. (1دول )جاستفاده در

های اکسیدی و جوشکاری به منظور از بین بردن لایه

، محل اتصال به وسیله برس سیمی های فلزیرادهبُ

تمیز شد. برای از بین بردن ،316 استینلس استیل

، توسطاتصال جوشهای محیطی، محل ها و آلودگیچربی

به دلیل عدم وجود پخ زدایی گردید. استون چربی حلال

گونه از هیچ ،ها و نوع جوشکاری قوس پلاسمادر لبه ورق

در شود.ستفاده نمیجوش( جوشکاری ارکننده )سیمفلز پُ

این تحقیق از دستگاه جوشکاری پلاسما مدل

Microplasma120 با برند تجاریEWM ساخت کشور

آلمان برای انجام جوشکاری مورد استفاده قرار گرفت. این

دستگاه دارای دو ورودی گاز می باشد. یک گاز روزنه که

شود و باعث ایجاد پلاسما بین تنگستن و نازل مسی می

می گاز محافظ تورچ که از منطقه جوش در مقابل دو

کند. دستگاه شامل یک تورچ اتمسفر محیط محافظت می

باشد که تورچ اتوماتیک با گردنه عمودی میدستی و یک

ها استفاده شد. از تورچ اتوماتیک برای جوشکاری نمونه

( 2شکل ) تصویر دستگاه به همراه تورچ عمودی در

به منظور ثابت نگاه داشتن تورچ در شود. مشاهده می

حین جوشکاری در یک ارتفاع و زاویه مشخص از قطعه

محور مختلف طراحی 4کار، یک بازو با قابلیت حرکت در

دارنده تورچ و اجزاء تورچ پلاسما در و ساخته شد. نگه

Page 4: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

جوشکاری شده... (Ti-6Al-4V) 5بررسی عوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش آلياژ تيتانيوم گريد 36

اطمینان از دقیق منظوربه شود. مشاهده می( 2شکل )

بودن سرعت خطی جوشکاری که بر حرارت ورودی و ابعاد

جوش تاثیر فراوانی دارد، با توجه به ثابت بودن تورچ

ها توسط یک میز با سرعت خطی قابل جوشکاری، ورق

سرعت فرآیند که شودتنظیم از زیر تورچ، عبور داده می

وشکاری ثابت بوده و تکرارپذیری در طی شروع تا پایان ج

که گونههمان یابد.فرآیند به صورت چشمگیری بهبود می

این سیستم شامل یک ،شوددیده می( 3شکل ) در تصویر

میز صلیبی با قابلیت حرکت در دو محور به همراه یک

فت و باشد و قابلیت حرکت رالکتروموتور و کنترلر می

برگشتی در راستای خط جوش و عمود بر خط جوش را

دارد. به دلیل اکسید شدن فلز تیتانیوم در دماهای بالاتر از

°C 500 معمولاً فرآیند جوشکاری این آلیاژها باید در ،

شرایط اتمسفر خنثی و یا کاملًا خلاء انجام شود. از این رو

ظت برای انجام فرآیند جوشکاری، ساخت تجهیزات حفا

سطح و ریشه جوش توسط گاز آرگون به شدت الزامی

زیرا اکسید شدن سطح و ریشه جوش علاوه بر ؛باشدمی

پذیری منطقه اتصال، احتمال تشکیل کاهش انعطاف

دهد.عیوبی مانند تخلخل را نیز افزایش می

مورد استفاده در اين تحقيق 5گريد ترکيب شيميايی و خواص مکانيکی آلياژ تيتانيوم -1جدول Cu Fe V Al Ti 5تیتاتیوم گرید

میلیمتر 3ورق پایه 6 5/4 05/0 02/0

)درصد ازدیاد طول )% (MPaاستحکام کششی ) (MPaاستحکام تسلیم )

854 903 15

نيومتيتا 5آلياژ گريد mm2های عوامل ثابت در جوشکاری ورق -2جدول

پارامتر واحد مقدار پارامتر واحد مقدار

8/0 mLit/min 25-75 دبی گاز روزنه پلاسما% (هلیوم -آرگون)گاز پلاسما درصد حجمی

10 Lit/min 40-60 دبی گاز روزنه%

20 Lit/min گاز محافظ آرگون درصد حجمی %100 دبی گار محافظ ریشه

30 Lit/min 3 دبی گاز محافظ دنباله mm قطر نازل پلاسما

الکترود درصد وزنی توریم%2-تنگستن موقعیت جوشکارس 1G تخت

قطر تنگستن mm 1 نوع اتصال جوش Butt weld به لب لب

الف( تصوير دستگاه جوشکاری پلاسما، ب( تصوير تورچ جوشکاری پلاسما، پ( نگهدارنده تورچ ت( اجزاء تورچ -2 شکل

ماپلاس

Page 5: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

37 1398زمستان /2شماره /10مجله مواد نوين/ جلد

تجهیزات محافظت منطقه جوش را نمایش ( 3)شکل

. این ابزار به منظور محافظت از منظقه جوش بعد دهدمی

از انجماد در قسمت روی خط جوش )دنباله( و همچنین

محافظت از ریشه جوش پس از انجماد مذاب تا زمان سرد

، ساخته شده است.C 500°تر از دمای شدن تا کم

و شدت جریان و سرعت هاکد نمونه( 3جدول ) در

شود. متر مشاهده میمیلی 3های خطی جوشکاری ورق

که روند تغییرات طراحی شده برای فرآیند گونههمان

ها سرعت دهد تنها متغیر این نمونهآزمایش نشان می

وشکاری و ترکیب شیمیایی گاز خطی و شدت جریان ج

باشد. به طور کلی هدف از انتخاب این متغیرها پلاسما می

ای از سرعت خطی و شدت جریان و گاز تعیین محدوده

باشد که در این محدوده اتصالی مناسب با پلاسما می

ظاهر جوش سالم ایجاد شود.

،ترین حرارت ورودیمحدوده مناسب جوش با کم

ند و افت خواص مکانیکی منطقه باعث کاهش تنش پسما

شود که نقش مهمی در ضریب اطمیان مخازن و جوش می

جهت بررسی خواص مکانیکی از .های فضایی داردسازه

های جوشکاری شده نمونه کشش مطابق با استاندارد ورق

ASTM E8M-04 منطقهآماده شده است. ریزساختار

جوش و پایه توسط میکروسکوپ نوری

(Leica DM 4000 M) ( و محلول کرولcc 100 آب

اسید فلوئوریدریک( اچ cc 2اسید نیتریک و cc 5مقطر،

ها با کاغذ سنباده شده است. در این مرحله نمونه

و نیز پارچه نمدی 600و 400، 100سیلیکون کاربید

همراه با سوسپانسیون پودر آلومینا صیغل شده و سپس به

عوامل دیگر گیرد.ار میثانیه در محلول اچ قر 8تا 6مدت

اندازه روزنه نازل پلاسما و قطر تنگستن نیز در تغییر این

ولی تمام موارد نام برده ثابت نگه ؛نمودار موثر خواهند بود

عوامل ثابت در نظر گرفته شده برای این داشته شدند.

آمده است.( 2جدول ) ها درنمونه

مقادير خواص مکانيکی و حرارت ورودی و اندازه مناطق جوشکاری قوس پلاسما -3ل جدو

نمونه ترکیب گاز پلاسما

درصد حجمیجوشکاری سرعت خطی

mm/min

شدت جریانA

جوش ریشه عرضmm

منطقه تحت تاثیر حرارت ول طmm

حرارت ورودیJ/mm

1 Ar75-He25 48 80 4 5/20 1080

2 Ar75-He25 48 90 2/9 25 1215

3 Ar75-He25 48 100 2/12 5/27 1350

5 Ar75-He25 70 80 741 عدم نفوذ عدم نفوذ

6 Ar75-He25 70 90 833 عدم نفوذ عدم نفوذ

7 Ar75-He25 70 100 5/11 26 926

8 Ar75-He25 70 105 8/12 5/27 972

9 Ar75-He25 81 90 720 عدم نفوذ عدم نفوذ

10 Ar75-He25 81 100 810 عدم نفوذ عدم نفوذ

11 Ar75-He25 81 105 10 24 850

12 Ar75-He25 81 110 5/12 26 891

13 Ar60-He40 48 80 7 9/21 1080

14 Ar60-He40 48 90 7/9 3/26 1215

15 Ar60-He40 48 100 5/13 6/28 1350

16 Ar60-He40 70 80 741 عدم نفوذ عدم نفوذ

17 Ar60-He40 70 90 6 20 833

18 Ar60-He40 70 100 12 5/26 926

19 Ar60-He40 70 105 8/13 9/28 972

20 Ar60-He40 81 100 3/8 7/25 810

21 Ar60-He40 81 105 5/10 25 850

22 Ar60-He40 81 110 2/13 7/26 891

Page 6: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

جوشکاری شده... (Ti-6Al-4V) 5بررسی عوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش آلياژ تيتانيوم گريد 38

( و سطح روی جوش 3( تجهيز محافظ ريشه جوش )2و 1سرعت خطی مشخص ) ميز ساخته شده برای رسيدن به -3 شکل

(4)

نتایج و بحثهای ریزساختاری، ابعاد منطقه حاصل از بررسی نتایج

ذوب، ابعاد منطقه متاثر از حرارت و خواص مکانیکی برای

یک جوش بهینه از لحاظ خواص و عیوب جوشکاری در

از نتایج مهم بدست گیرد.این بخش مورد بررسی قرار می

ن محدوده شدت یتوان به تعیآمده در این قسمت می

جریان و سرعت خطی مناسب برای جوشکاری اشاره کرد.

های تجربی تعیین گردید و این محدوده از طریق آزمون

یک نمودار برای اهای تجربی بنتایج حاصل از این آزمون

Ti-6Al-4Vاز جنس آلیاژ mm 3 با ضخامت هایورق

دهنده . درحقیقت این نمودار نشانداده شده استنمایش

باشد که با استفاده هایی میسرعت خطی و شدت جریان

توان یک جوش مناسب از لحاظ می ،عوامل متغیراز این

در .بینی کردپیش ،و بدون عیب بودن مکانیکی خواص

صورت استفاده از گاز آرگون خالص و در حداکثر شدت

نفوذ جوش کامل نبوده و یا در سرعت ،جریان دستگاه

خطی خیلی پایین به صورت مرزی نفوذ کرده و قابل

باشد. لذا برای رفع این عیب از ترکیب گاز اطمینان نمی

،تربرای بدست آوردن عمق نفوذ بیشآرگون و هلیوم

استفاده شده است.

متر در نسبت گاز پلاسمای میلی 3های ورقجوشکاری

Ar-He75-25% وAr-He60-40%

نتایج حاصل از بررسی شدت جریان جوشکاری،

-و شکل( 3جدول ) سرعت خطی و ترکیب گاز پلاسما در

در یک ،دهدنتایج نشان می شود.مشاهده می 5تا 3های

با نسبت Ar-Heو با ترکیب گاز پلاسمای سرعت ثابت

و عرض ریشه اندازه ن،با افزایش شدت جریا ،25-75%

یاید. این افزایش اندازه افزایش می محل اتصال سطح روی

ناشی ازافزایش حرارت ورودی به علت منطقه جوش

تر الکتریکی قوس جوشکاری و بزرگ افزایش شدت جریان

(.(6( تا شکل )4)شکل ) شدن حوضچه جوشکاری است

، قوس پلاسما ثابت الکتریکی همچنین در شدت جریان

یابد، که سرعت خطی جوشکاری کاهش می هنگامی

های حرارت ورودی افزایش یافته و ذوب بیشتری در لبه

یابد.اتصال تشکیل شده و عرض منطقه جوش افزایش می

ا ب Ar-Heاین شرایط هم برای ترکیب گاز پلاسمای

دهد نتایج نشان می شود.نیز مشاهده می %60-40نسبت

که برای افزایش عمق نفوذ یا نیاز به افزایش شدت جریان

الکتریکی است و یا نیاز به کاهش سرعت خطی جوشکاری

باشد که این عوامل باعث افزایش حرارت ورودی به می

Page 7: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

39 1398زمستان /2شماره /10مجله مواد نوين/ جلد

شود. منطقه جوش و افزایش نفوذ و پهنای جوش می

ارد شده به منطقه جوشکاری )حرارت مقدار انرژی و

ورودی( یک عامل تعیین کننده برای هر فرآیند

باشد که برای اطمینان از کیفیت جوش باید جوشکاری می

مورد بررسی قرار گیرد. چندین روش برای محاسبه

حرارت ورودی به منطقه جوش وجود دارد.

ترین روش محاسبه حرارت ورودی استفاده از رایج

باشد. لکتریکی جوشکاری، ولتاژ و سرعت خطی میجریان ا

( و AWSو ASMEهای محاسبه آمریکایی )بین روش

( تفاوتی وجود دارد که DIN-ISOو EN-ISOاروپایی )

وری در روش اروپایی از عامل اضافی بازدهی حرارتی/ بهره

:]31، 30[شود فرآیند/ بازده قوس استفاده می(1 )𝑬𝑵/

𝑰𝑺𝑶 𝑯𝒆𝒂𝒕 𝒊𝒏𝒑𝒖𝒕(𝑲𝑱 𝒎𝒎⁄ ) =𝐀𝐫𝐜 𝐕𝐨𝐥𝐭𝐚𝐠𝐞×𝐀𝐫𝐜 𝐜𝐮𝐫𝐫𝐞𝐧𝐭×𝐓𝐡𝐞𝐫𝐦𝐚𝐥 𝐞𝐟𝐟𝐢𝐜𝐢𝐞𝐧𝐜𝐲

𝐓𝐫𝐚𝐯𝐞𝐥 𝐬𝐩𝐞𝐞𝐝

(2 )𝑨𝑺𝑴𝑬/

𝑨𝑾𝑺 𝑯𝒆𝒂𝒕 𝒊𝒏𝒑𝒖𝒕(𝑲𝑱 𝒎𝒎⁄ ) =𝐀𝐫𝐜 𝐕𝐨𝐥𝐭𝐚𝐠𝐞×𝑨𝒓𝒄 𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕

𝑻𝒓𝒂𝒗𝒆𝒍 𝒔𝒑𝒆𝒆𝒅

در روش اروپایی محاسبه حرارت ورودی، مقدار

است. با توجه 0.6قوس پلاسما بازدهی حرارت برای روش

به موارد ذکر شده حرارت ورودی برای عوامل جوشکاری

گیری شده اندازه پاییبا توجه به استاندارد ارو قوس پلاسما

جوش به پهنایآورده شده است. اگر از ( 3جدول ) و در

عنوان یک نشانه از حرارت ورودی واقعی )و نه محاسباتی(

به قطعه جوشکاری شده استفاده کنیم، در بررسی نتایج

حرارت ورودی محاسبه شده در قطعات جوشکاری شده و

هنای جوش )به عنوان یک نشانه از حرارت ورودی پ

واقعی(، تناقض وجود دارد.

( با سرعت 25-75های جوشکاری شده با روش قوس پلاسما )گاز پلاسما تصاوير ماکروگرافی از ريشه جوش نمونه -4 شکل

آمپر 100و د( 90، ب( 80ميليمتر برثانيه و شدت جريان الف( 48خطی

Page 8: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

جوشکاری شده... (Ti-6Al-4V) 5بررسی عوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش آلياژ تيتانيوم گريد 40

( با سرعت 25-75های جوشکاری شده با روش قوس پلاسما )گاز پلاسما تصاوير ماکروگرافی از ريشه جوش نمونه -5 شکل

آمپر 105د( و 100ج( ، 90، ب( 80ميليمتر برثانيه و شدت جريان الف( 70خطی

( با سرعت 25-75های جوشکاری شده با روش قوس پلاسما )گاز پلاسما روگرافی از ريشه جوش نمونهتصاوير ماک -6 شکل

آمپر 110و د( 105، ب( 100ميليمتر برثانيه و شدت جريان الف( 81خطی

توان گفت که رابطه ذکر شده در در حقیقت می

باشد و ضریب تاثیر جریان ، کامل نمی2و 1معادلات

سرعت خطی اگرچه در معادلات حرارت الکتریکی و

-ولی در واقعیت برابر نمی ؛ورودی برابر ذکر شده است

ضریب ،رسدباشد. با توجه به نتایج بدست آمده به نظر می

تر از تاثیر سرعت خطی اثر جریان الکتریکی بزرگ

با حرارت 12جوشکاری باشد. به عنوان مثال برای نمونه

نای ریشه جوش په J/mm 891ورودی محاسبه شده

mm 2/13 که از لحاظ اندازه ریشه 3در نمونه ؛ اما است

( mm 2/12 ریشه جوش) 12تقریباً مشابه نمونه جوش

2و 1از رابطه مقدار حرارت ورودی محاسبه شده ، است

باشد. می 12نمونه برابر 5/1بیش از

ش با توجه به مشخصات عرض ریشه جو( 3)جدول

برای جوشکاری با گاز سرعت خطی و شدت جریان قوس

دهد. نشان می نیز را %60-40 با نسبت Ar-Heپلاسمای

دهد که با افزایش شدت همانند قبل نتایج نشان می

Page 9: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

41 1398زمستان /2شماره /10مجله مواد نوين/ جلد

جریان الکتریکی قوس یا با کاهش سرعت خطی، حرارت

تر ورودی افزایش یافته و در نتیجه پهنای جوش بزرگ

های تجربی نمودار حاصل از بررسی(7)شکل . شودمی

صورت گرفته از ابعاد ظاهری منطقه اتصال حاصل از

های های خطی و شدت جریانجوشکاری با سرعت

منطقه مختلف تشکیل 4باشد. این نمودار از مختلف می

وامل ای از عدهنده مجموعههر قسمت نشان .شده است

باشد. هر مجموعه با یک رنگ خاص جوشکاری می

دهنده وضعیت مشخص شده است که هر رنگ نشان

باشد. به عنوان مثال رنگ زرد ظاهری خط جوش می

باشد که ای از عوامل جوشکاری میدهنده مجموعهنشان

پس از انجام جوشکاری با این عوامل، احتمال ایجاد عیوبی

سیار زیاد است. رنگ سبز مانند عدم نفوذ در ریشه ب

توان یک منطقه ها میباشد که با استفاده از آنعواملی می

اتصال بدون عیب جوشکاری ایجاد کرد. استفاده از عوامل

مشخص شده با رنگ نارجی منجر به ایجاد تقعر در روی

( و یا تحدب بیش از حد ریشه جوش جوش ردهجوش )گُ

در نهایت .گوییمکه به آن حالت مرزی می شودمی

استفاده از عوامل مشخص شده با رنگ قرمز احتمال ایجاد

لازم به باشد.حفره و سوراخ شدن قطعه بسیار زیاد می

فقط برای جوشکاری مقاطعی ( 6شکل )نمودار ،ذکر است

Ti-6Al-4Vاز جنس آلیاژ تیتانیوم mm 3با ضخامت

ق است.صاد

های جوشکاری شده با ترکیب گاز رویه در نمونهاین

He-Ar شود. به عنوان نیز مشاهده می 40-60با نسبت

، حرارت mm 5/13با عرض ریشه 15مثال نمونه شماره

با عرض ریشه 19برابر نمونه شماره 38/1ورودی

mm 8/13 اثر گاز هلیوم در بررسیدارد. همچنین در

شود که با میزان حرارت ورودی واقعی، مشاهده می

افزایش گاز هلیوم مقدار حرارت ورودی در شرایط برابر

شدت جریان الکتریکی و سرعت خطی ثابت، مقداری

که در ترکیب 10و 6های شود و یا در نمونهتر میبیش

گرفته صورت ننفوذ 75-25آرگون با نسبت -گاز هلیوم

نفوذ به 60-40آرگون -در جوشکاری با گاز هلیوم .است

شکل و ( 3)جدول خوبی انجام شده است. نتایج حاصل از

دهد که افزایش درصد گاز هلیوم در ترکیب نشان می (6)

با نفوذ کامل تر شدن منطقه جوشباعث پهن ،گاز پلاسما

)منطقه با رنگ سبز( شده و همچنین این منطقه را به

یعنی اگر ؛کندسمت پایین و سمت چپ نمودار منتقل می

جوشکاری با شدت جریان الکتریکی و سرعت خطی

مشخصی در گاز پلاسمای آرگون خالص، باعث نفوذ کامل

تر نشود با همان شرایط ولی در مقادیر گاز هلیوم بیش

گاز آرگون در گاز پلاسما، باعث نفوذ کامل نسبت به

شود.جوش می

بررسی ریزساختار منطقه جوش و منطقه تحت تاثیر

حرارت بر اساس حرارت ورودی

،ر آلیاژهای تیتانیومساختار جوش د مکانیکیخواص

و منطقه تحت وابسته به خواص ساختاری منطقه جوش

حرارت باشد که به نوبه خود به می تاثیر حرارت جوش

های حرارتی در طی جوشکاری و عملیات دورهورودی،

. در اصل ریزساختار حرارتی پس از جوش وابسته است

منطقه جوش و منطقه تحت تاثیر حرارت جوش نقش

خواص مکانیکی قطعات جوشکاری شده دارد حیاتی در

های حرارتی و انتقال که مقدار حرارت ورودی، دوره

ترین حرارت )نرخ سرد شدن( حین جوشکاری از مهم

عوامل موثر در تعیین نوع این ریزساختار است. به دلیل

پذیری با اینکه خواص مکانیکی جوش به خصوص انعطاف

یابد. مییه، کاهش های اولتر شدن اندازه دانهدرشت

تر تا حد امکان به بنابراین مهم است که ساختار ریزدانه

وسیله حداقل انرژی ورودی جوشکاری حفظ شود تا از

بر تر خواص مکانیکی جلوگیری کنیم. علاوهاُفت بیش

حرارت ورودی، انتقال حرارت قطعه جوشکاری شده نیز

نطقه تواند تاثیر بالایی بر ریزساختار منطقه جوش و ممی

تحت تاثیر حرارت داشته باشد. به عنوان مثال انتقال

باعث ایجاد نرخ سرد شدن سریع منطقه ،حرارت بالا

جوش و منطقه تحت تاثیر حرارت شده و در نتیجه اندازه

های های فازهای آلفا و بتا و یا کلونیذرات و فاصله تیغه

هنگامدر کند. تر می، کوچکTi-6Al-4Vآلفا را در آلیاژ

سرد شدن منطقه جوش و اطراف آن از دمای تبدیل بتا به

، به فاز (BCC)تر، فاز بتا مکعبی مرکزدار دماهای پایین

شود. خصوصیات تبدیل می (HCP)وجهی فشرده شش

این ریزساختار بتای تبدیل یافته به طور اساسی به نرخ

سردکردن از بالای دمای تبدیل بتا وابسته است که متقابلاً

تاثیر روش جوشکاری، شرایط جوشکاری و دیگر تحت

های جوشکاری )نظیر شکل هندسی قطعه و وضعیت

Page 10: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

جوشکاری شده... (Ti-6Al-4V) 5بررسی عوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش آلياژ تيتانيوم گريد 42

های سرد شدن پایین، به عنوان فیکسچرها( است. در نرخ

مثال در روش جوشکاری قوس تنگستن با گاز خنثی یا

(، یک ساختار درشت آلفای C/s 100-10°پلاسما )

ه یا مخلوطی از این اشتاتن همراه با بتای باقی ماندویدمن

شود که استحکام تسلیم ساختار و آلفای اولیه تشکیل می

پذیری و چقرمگی کمتری نسبت به و نهایی بهتر و انعطاف

-دانهرشد شود.فلز پایه نورد شده آنیل شده، مشاهده می

آلفا و بتا در منطقه تحت تاثیر حرارت نزدیک جوش، های

جوش، اتفاق درست در مجاورت خط منطقه ذوب شده

افتد که محدوده حداکثر دمای مابین پایین دمای می

برای آلیاژ C 995°انجماد تا بالا دمای تبدیل بتا )تقریباً

Ti-6Al-4Vکه اگر حرارت ورودی بطوریباشد. ( می

-تر شدن دانهباعث درشت ،تر باشد)انرژی ورودی( بیش

-های منطقه جوش و منطقه تحت تاثیر حرارت جوش می

تر، باعث گسترش همچنین حرارت ورودی بیششود.

شود پهنای منطقه جوش و منطقه تحت تاثیر حرارت می

که تقریباً از عدم مشاهده این ناحیه تحت تاثیر حرارت در

روش جوشکاری باریکه الکترونی و باریکه لیزر تا مقدار

چندین برابر اندازه دانه بتا در جوشکاری تنگستن با گاز

تحت تاثیر پهنا داشته باشد. منطقه تواندخنثی، می

تر از دمای تبدیل بتا تا دمایی کم حرارت نزدیک فلز پایه

شود. حضور حتی مقدار کمی از فاز آلفا در مواجه می

های حرارتی جوشکاری، برای دمای حداکثر در دوره

باشد. بنابراین جلوگیری از رشد اندازه دانه بتا کافی می

پذیری این ناحیه در هبود انعطافحضور فاز آلفا، برای ب

مقایسه با منطقه ذوب دانه درشت و منطقه تحت تاثیر

وضعیت جریان حرارتی در حرارت نزدیک، مهم است.

های جوشکاری نفوذ کامل پلاسما دوبعدی نظیر روش

(PAW)، ستونی از داخل فلز پایه به شکل هاانجماد دانه

شود رق انجام میدر جهت تقریباً موازی با ورق یا سطح و

تشکیل مرز دانه عمود در خط مرکز جوش باتا درنهایت

.]24-10[ برخورد کنند

های جوشکاری نمونه ماکروگرافیتصویر ( 8)شکل

ترین و باشد که به ترتیب بیشمی 17و 13شده شماره

-لی همانو ؛حرارت ورودی محاسبه شده را دارد ترینکم

اندازه پهنای جوش و مناطق ،شودکه مشاهده می گونه

ها در تحت تاثیر حرارت تفاوت زیادی ندارند. اندازه دانه

تر از مناطق تحت تاثیر حرارت نزدیک به جوش، درشت

ثیر حرارت نزدیک به فلز ها در مناطق تحت تااندازه دانه

ریزساختار فلز پایه آلیاژ تیتانیوم (9). شکل پایه است

دهد. این آلیاژ در حالت مورد جوشکاری را نشان می

عملیات آنیل شده است. ریزساختار مورد نظر متشکل از

-محور آلفا همراه با بتای بین دانههای همزمینه آلفا و دانه

-باشد. مرز بین دانهای )تبلور مجدد یافته بعد از نورد( می

تصویر (10)شکل باشد.آلفا قابل تشخیص نمی-آلفاهای

آلیاژ تیتانیوم مورد جوشکاری فلز جوش ریزساختار

دهد. ساختار متشکل از فاز مارتنزیت پلاسما را نشان می

لفای محصور شده های نازك داخل همدیگر(، فاز آ)تیغه

(Serrated) ای ای و بتای بین دانهیا اصطلاحاً دندانه ارّه

باشد. ریزساختار به دلیل سرد شدن از نقطه ذوب و می

بالاتر بودن دما نسبت به دمای تبدیل بتا، تماماً شامل

ریزساختارباشند. این ساختار آلفا و بتای تبدیل شده می

نیزم تبدیل بتا به آلفا به دلیل سرعت سرد شدن زیاد، مکا

به صورت برشی انجام شده و در نتیجه ساختار سوزنی

هایی که سرعت آید و در محدودهمارتنزیت بدست می

تر بوده و نفوذ کنترل کننده تبدیل بتا سرد شدن نسبتاً کم

ای بدست به آلفا است، ساختار آلفای محصور شده یا ارهّ

جوش به دلیل سرعت سرد شدن زیاد، در فلز آید. می

های جوشکاری شده با میز آلومینیومی تماس ورق

جوشکاری است که باعث انتقال حرارت بالای ورق به میز

های بتای اولیه مرز دانه، 100شود. در بزرگنمایی می

شود که در مرحله انجماد منطقه جوش مشاهده می

تشکیل شده است و بعد از عبور از دمای تبدیل بتا به آلفا

اند.مرزها باقی ماندهاین

ریزساختار منطقه تحت تاثیر حرارت تصویر( 11)شکل

جوشکاری Ti-6Al-4Vآلیاژ تیتانیوم نزدیک به فلز پایه

دهد. ساختار متشکل از شده با روش پلاسما را نشان می

( و بتای ایارّه مارتنزیت و فاز آلفای محصور شده )دندانه

باشد. همچنین در ریزساختار مقداری از ای میبین دانه

ساختار آلفا و بتای اولیه قابل مشاهده است. وجود فاز

آلفای اولیه در ریزساختار منطقه تحت تاثیر حرارت

نزدیک به فلز پایه به دلیل عدم عبور دمای این ناحیه از

بین باشد. دراصل دمای این ناحیه دمای تبدیل بتا می

باشد. وجود فاز دمای محیط و دمای تبدیل بتا می

تواند به دلیل سریع سرد شدن این ناحیه از مارتنزیت می

دمای نزدیک به دمای تبدیل بتا تا دمای محیط باشد که

Page 11: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

43 1398زمستان /2شماره /10مجله مواد نوين/ جلد

شود. ساختار مارتنزیت میمنجر به تشکیل فاز فوق

تحت تاثیر حرارت نزدیک به جوش منطقهریزساختار در

ه تحت تاثیر نزدیک به فلز پایه متفاوت کمی با منطق

تر بوده و است. در این منطقه مقدار فاز مارتنزیت بیش

شود. این ناحیه دمای اثری از فاز آلفای اولیه مشاهده نمی

بالاتر از دمای تبدیل بتا دارد و در نتیجه فاز آلفای اولیه

همچنین به علت دمای بالاتر این ناحیه، .ماندباقی نمی

هش دما شدیدتر بوده و مقدار تشکیل فاز شیب کا

شود.تر میمارتنزیت بیش

mm3های تيتانيوم با ضخامت نمودار تجربی پارامترهای مناسب برای جوشکاری ورق -7 شکل

جوشکاری شده با روش پلاسما 17و 13تصوير ماکرو سطح مقطع نمونه شماره -8 شکل

Page 12: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

جوشکاری شده... (Ti-6Al-4V) 5بررسی عوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش آلياژ تيتانيوم گريد 44

های آلفا اختار شامل زمينه آلفا )روشن(، دانهريزساختار فلز پايه آلياژ تيتانيوم استفاده شده در اين تحقيق، ريزس -9 شکل

ای )تيره( استدانه)روشن( و بتای بين

های های شماره با بزرگنمايیريزساختار فلز جوش آلياژ تيتانيوم جوشکاری شده با روش قوس پلاسما برای نمونه -10 شکل

ای )تيره( دانهای )روشن( و بتا بينای(، آلفا محصور شده و ارّهمارتنزيت )تيغه . ريزساختار شامل1000×و 500×، 200×، 100×

است

Page 13: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

45 1398زمستان /2شماره /10مجله مواد نوين/ جلد

ريزساختار منطقه تحت تاثير جرارت نزديک به جوش و نزديک به فلز پايه آلياژ تيتانيوم جوشکاری شده با روش -11شکل

ای(، آلفا . ريزساختار شامل مارتنزيت )تيغه1000×و 500×، 200×، 100×های یهای شماره با بزرگنمايقوس پلاسما برای نمونه

ای )تيره( استدانهای )روشن( و بتا بينمحصور شده و ارّه

ها در اگرچه اندازه دانه در بررسی خواص مکانیکی،

تر از منطقه فلز پایه و منطقه تحت منطقه جوش بزرگ

( و با توجه به این درشت 8 شکلشود )تاثیر حرارت می

شود که مقدار استحکام نهایی بینی میها، پیششدن دانه

ولی نتایج ؛تر از مقدار استحکام فلز پایه شودو تسلیم کم

های جوشکاری شده بدون عیب، نشان برای تمامی نمونه

ین دهد که استحکام منطقه جوش )استحکام تسلیم بمی

تا 919مگاپاسگال و استحکام نهایی بین 899تا 849

مگاپاسگال( در مقایسه با استحکام فلز پایه 973

مگاپاسگال( 903و 854)استحکام تسلیم و نهایی:

تواند به دلیل جذب افزایش یافته است. این افزایش می

مقدار کمی از اکسیژن محیط در حوضچه مذاب جوش و

جوش باشد )اکسیژن آلفازا بوده و نیز ریزساختار منطقه

-شود(. این مقدار اکسیژن بیشباعث افزایش استحکام می

تر در مقایسه با مقدار اکسیژن ورق خام )حتی در مقادیر

-(، باعث افزایش استحکام و کاهش انعطافppmچند ده

پذیری فلز جوش شود.

گیرینتیجه متر آلیاژمیلی 3های نتایج جوشکاری ورق

Ti-6Al-4V دهد که یک با روش قوس پلاسما نشان می

محدوده قابل اطمینان از سرعت خطی جوشکاری و شدت

جریان الکتریکی قوس جوشکاری وجود دارد که در آن

توان به یک می (7 شکل در محدوده سبز رنگ) محدوده

ید شدناکس بدون عیب و عاری ازجوش نفوذ کامل و

. در این محدوده هرچه شدت جریان الکتریکی دست یافت

تر تر باشد، حرارت ورودی کمتر و سرعت خطی بیشکم

شود.تر میعرض منطقه جوش کوچکنتیجه شده و در

دهد که تاثیر جریان الکتریکی در نتایج همچنین نشان می

باشد )با وجود تر از سرعت خطی میحرارت ورودی بیش

همچنین خط معادله حرارت ورودی(. ضریب یکسان در

های جوشکاری شده در این محدوده کاملاً در برابر جوش

ای براق که اکسیداسیون محافظت شده و یک جوش نقره

نشان دهنده عدم اکسید شدن حوضچه و منطقه تحت

،دهدنتایج نشان میشود. تاثیر حرارت است، مشاهده می

تر، باعث عمق وم بیشاستفاده از گاز پلاسما با مقدار هلی

تر شده و محدوده قابل اطمینان نفوذ و عرض جوش بیش

دهد که سرعت نشان می جنتای کند.تر میجوش را گسترده

سرد کردن تاثیر زیادی در تشکیل فاز مارتنزیت دارد.

سپاسگزاری

با تشکر و قدردانی از جناب آقای مهندس فریدون

تالوگرافی آزمایشگاه م ارشد نژاد کارشناسطوسی

که کمک ایران پژوهشکده حمل و نقل پژوهشگاه فضایی

در این تحقیق وری نتصویربرداری میکروسکوپ در شایانی

اند.انجام داده

Page 14: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

جوشکاری شده... (Ti-6Al-4V) 5بررسی عوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش آلياژ تيتانيوم گريد 46

References: 1- ASM International, editor. Properties

and Selection: Nonferrous Alloys and

Special-Purpose Materials. 10th ed.,

United States of America : ASM

Handbook, Vol. 2, 1990.

2- Y. M. Ahmed, K. S. M. Sahari, M.

Ishak, "Welding of Titanium (Ti-6Al-4V)

Alloys: A Review", Proceedings National

Graduate Conference, Universiti Tenaga

Nasional, Putrajaya Campus, 8-10 Nov

2012.

3- K Yonesawa, "Welding of titanium and

titanium alloys", JorimalofL&ht hfetal

li'eldingand Conrrniction, Vol. 25, pp.

149-163, 1987.

4- ASM International, editor. Heat

Treating. 9th ed., United States of

America : ASM Handbook, Vol. 4, 1991.

[5] ASM International, editor. Welding,

Brazing, And Soldering. 9th ed., The

United States Of America : THE ASM,

Vol. 6, 1993.

6- A. Estaki, A. Khodabandelou. S. M. M.

Hadavi, M. Tamizifar, M. Parsa, "The

effect of post-welding protection and heat

treatment on the mechanical properties of

Ti-6Al-4V welded TIG alloy, Proceedings

of 12th International Conference on

Manufacturing Engineering, Tehran, Iran,

2011.

7- F. T. Khaniverdi, M. Karimi Nouri, M.

Balbasi, "Influence of welding parameters

on penetration depth and depth-to-width

ratio of Ti-6Al-4V alloy TIG",

Proceedings of the first National

Conference on Mechanical Engineering of

Iran, Shiraz, Iran, 2014.

8- T. Otani, "Titanium Welding

Technology", Nippon Steel Technical

Report, 2007, Vol. 95, pp. 88-92, 2007.

9- S. Cui, Y. Shi, T. Zhu, W. Liu,

"Microstructure, texture, and mechanical

properties of Ti-6Al-4V joints by K-TIG

welding", Journal of Manufacturing

Processes, Vol. 37, pp. 418-424, 2019.

10- F. Javidrad, H. Farghadani, M.

Haydari, M. Mashayekhy, "An

investigation into the microstructure and

mechanical properties of Ti-3Al-2.5V

under micro-plasma arc welding",

Modares Mechanical Engineering. Vol. 13,

pp. 199-209, 2014.

11- M. Baruah, S. Bag, "Influence of heat

input in microwelding of titanium alloy by

microplasma arc", Journal of Materials

Processing Technology, Vol. 231, pp.

100–112, 2016.

12- M. B. Mathisen, L. Eriksen, Y. Yu, O.

Jensrud, J. Hjelen, "Characterization of

microstructure and strain response in

Ti−6Al−4V plasma welding deposited

material by combined EBSD and in-situ

tensile test", Trans. Nonferrous Met. Soc.

China, Vol. 24, pp. 3929−3943, 2014.

13- N. Saresh, M. G. Pillai, J. Mathew,

"Investigations into the effects of electron

beam welding on thick Ti–6Al–4V

titanium alloy", Journal of Materials

Processing Technology, Vol. 192-193, pp.

83-88, 2007.

14- V. Srimaneepong, T. Yoneyama, E.

Kobayashi, H. Doi, T. Hanawa,

"Comparative study on torsional strength,

ductility and fracture characteristics of

laser-welded alpha+beta Ti-6Al-7Nb alloy,

CP Titanium and Co-Cr alloy dental

castings", Dental Materials, Vol. 24, pp.

839–845, 2008.

15- S. Gh. Razavi, M. Saboktakinrizi, M.

Taheri, "Mechanical and Physical

Properties Laser and GTA Welding of

Commercial Pure Titanium", Journal of

New Materials, Vol. 4, pp. 71-80, 2014.

16- Y. Zhang, Y. S. Sato, H. Kokawa, S.

H. Park, S. Hirano, "Microstructural

Page 15: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

47 1398زمستان /2شماره /10مجله مواد نوين/ جلد

characteristics and mechanical properties

of Ti–6Al–4V friction stir welds",

Materials Science and Engineering A,

2008, Vol. 485, pp. 448–455, 2008.

17- M. Sadeghi Gogheri, M. Shabani, E.

Mirzapour, M. Kasiri, "Friction stir

welding of dissimilar joint of aluminum

alloy 5083 and commercially pure

titanium", Journal of Welding Science and

Technology of Iran 2016, Vol. 2, pp. 49-

56, 2016.

18- K. H. Tseng, S. T. Hsieh, C. C.Tseng,

Effect of process parameters of micro-

plasma arc welding on morphology and

qualityin stainless steel edge joint welds,

Science and Technology of Welding and

Joining, Vol. 8, pp. 423-430, 2003.

19- J. Szusta, N. Tüzün, Ö. Karakaş,

"Monotonic mechanical properties of

titanium grade 5 (6Al-4V) welds made by

microplasma", Theoretical and Applied

Fracture Mechanics, Vol. 100, pp. 27-38,

2019.

20- C. S. Wu, L. Wang, W.J. Ren, X. Y.

Zhang, "Plasma arc welding: Process,

sensing, control and modeling", Journal of

Manufacturing Processes, Vol. 16, pp. 74-

85, 2013.

21- F. Karimzadeh, M. Salehi, A. Saatchi,

and M. Meratian, "Effect of microplasma

arc welding process parameters on grain

growth and porosity distribution of thin

sheet Ti6Al4V alloy weldment", Materials

and Manufacturing Processes, Vol. 20, pp.

205-219, 2005.

22- A. B. Short, D. G. McCartney, P.

Webb and E. Preston, "Influence of nozzle

orifice diameter in keyhole plasma arc

welding", Science and Technology of

Welding and Joining, Vol. 16, pp. 446-

452, 2011.

23- J. P. L. SILVA, A. J. F. NETO, L. H.

A. RAPOSO, V. R. NOVAIS, C. A. de

ARAUJO, L. de A. L. CAVALCANTE, P.

C. S. JÚNIOR, "Effect of Plasma Welding

Parameters on the Flexural Strength of Ti-

6Al-4V Alloy", Braz Dent J, Vol. 23, pp.

686-691, 2012.

24- X.F. Liu, C. S. Wu, C. B. Jia, G. K.

Zhang, "Visual sensing of the weld pool

geometry from the topside view in keyhole

plasma arc welding", Journal of

Manufacturing Processes, Vol. 26, pp. 74-

83, 2017.

25- C. Jian-chun, P. Chun-xu, "Welding of

Ti-6Al-4V alloy using dynamically

controlled plasma arc welding process",

Transactions of Nonferrous Metals Society

of China, Vol. 21, pp. 1506-1512, 2011.

26- J. Chuan-bao, W. Chuan-song, Z. Yu-

ming, "Sensing controlled pulse key-

holing condition in plasma arc welding",

Transactions of Nonferrous Metals Society

of China, Vol. 19, pp. 341-346, 2009.

27- F. X. Wang, J. P. He, J. Fang ,F.

Xiang, L. Ren, "Study of Titanium foil

welding using Micro-plasma arc welding",

Advanced Materials Research, Vols. 538-

541, pp. 1469-1472, 2012.

28- A. Rahimi, M. Shamanian, A. Rahimi,

J. Kangazian, "A Comparative Study on

Direct and Pulsed Current Micro-plasma

Arc Welding of Alloy Ti–6Al–4V", Trans

Indian Inst Met, Vol. 71, pp. 3103-3110,

2018.

29- A. Sunny Kumar, T. V. Hanumanth

Rao, V. V. S. Kesava Rao, R. T. Rama

Kanth, "Optimizing pulsed current micro

plasma arc welding parameters to

maximize ultimate tensile strength of

titanium (Ti-6Al-4V) alloy using Dragon

fly algorithm", Materials Today

Proceedings, In press, 2019.

30- Technical Committee ISO/TC44/SC10

"Quality management in the field of

welding", Welding recommendation for

Page 16: امسلاپ شور اب هدش - Miau.ac.irjournals.miau.ac.ir/article_3900_ef25636cb0f2e7259a568c83aae533e7.pdfهقطنم راتخاسزیر .تسا هدش هدامآ ASTM E8M-04

جوشکاری شده... (Ti-6Al-4V) 5بررسی عوامل مختلف برعمق نفوذ و پهنای جوش آلياژ تيتانيوم گريد 48

welding of metallic materials-Part

1:General guidance for arc welding, Vol.

2, pp. 1-11, 2002.

31- Welding recommendation for welding

of metallic materials-Part 1:General

guidance for arc welding, 1998.