بررسی ریزساختار جوش لیزری ورقهای آلومینیومی 1050 ریزدانه شده با فرآیند نورد تجمعی پیوندی

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: بررسی ریزساختار جوش لیزری ورقهای آلومینیومی 1050 ریزدانه شده با فرآیند نورد تجمعی پیوندی

ارائه دهنده: Provider: میثم فرهنگیان

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر محسن شیخی دکتر یوسف مظاهری رودبالی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر هاشم مظاهری و دکتر رحمان سیفی

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 11 اسفند 1400

مکان ارائه: Place of presentation: آنلاین

چکیده: Abstract: یکی ی از مکانیزمهای افزایش استحکام در آلیاژهای آلومینیم، ریزدانهسازی است. و مشکلی که در این آلیاژ ها وجود دارد این است که در آلیاژ هایی که با این روش استحکام دهی می شوند، در اثر جوشکاری به واسطه حرارت ورودی به منطقه جوش سبب درشت دانگی و افت خواص مکانیکی می شوند. هدف از این تحقیق بررسی ریزساختار فلز پایه در حین جوشکاری لیزر در حالتی که فلز پایه ریز دانه شده است می باشد. همچنین بررسی تاثیر ریزساختار اولیه فلز پایه و اندازه دانه اولیه آن بر اندازه دانه فلز جوش از دیگر اهداف این پایان نامه است. به منظور ریزدانهسازی فلز پایه بعد از هر پاس فرآیند ARB، فرآیند گرمکردن ماده انجام شد تا به واسطه فرآیند تبلور مجدد ساختار ما ریزدانه شود. از ریز دانه سازی به وسیله روش نورد گرم تجمعی پیوندی )WARB( بر روی ورق های آلومینیم 1050 استفاده شد. قبل از انجام فرآیند نورد گرم تجمعی پیوندی ورق های آلومینیم 1050 به مدت 2 ساعت در دمای 270 درجه سانیگراد آنیل شدند. در ادامه نمونه ها در ابعاد 20 در 5 سانتیمتر و در ضخامت 1 میلیمتر توسط دستگاه گیوتین بریده شدند. پیش از انجام فرآیند نورد، عملیات آمادهسازی از قبیل شست و شوی سطوح ورقها با استون و همچنین زبرسازی سطوح توسط برسهای مخصوص انجام شد. قبل از انجام فرآیند نورد، نمونهها تا دمای 170 درجه ی سانتیگراد پیشگرم و سپس بالفاصله وارد دستگاه نورد شدند. این عملیات تا 7 پاس نورد گرم تجمعی پیوندی انجام شد. ار آنجایی که فرآیند لیزر حرارت ورودی بسار پایینی دارد، در این تحقیق برای جوشکاری انتخاب شد تا بررسی شود افت خواص و رشد دانه در HAZ آلیاژ های آلومینیم ریزدانه تا چه میزان رخ می دهد. سپس جوشکاری لیزر با استفاده از دستگاه لیزر Nd:YAG پالسی به صورت جوش خودزا بر روی پاس های مختلف فرآیند نورد انجام شد. ریزساختار توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. سپس توسط تست میکروسختی، سختی در نقاط مختلف مورد بررسی قرار گرفت. در حالت کلی با افزایش تعداد پاس های نورد سختی افزایش پیدا کرد اما در پاس هفتم مقدار کمی کاهش در سختی به وجود آمد. اندازه بلورک، میزان کرنش شبکه و همچنین دانسیته ی نابجایی ها توسط آزمون پراش اشعه ایکس)XRD( اندازهگیری شدند. نتایج نشان داد اندازه بلورک ها تا پاس 5 کاهش می یابد و از 550 نانومتر به 448 نانومتر می رسد و در پاس هفت تا 460 نانومتر افزایش مییابد. نتایج تصاویر EBSD نشان داد که با افزایش تعداد پاس های نورد، اندازه دانهها کاهش یافته و به صورت کشیده در جهت نورد دیده میشوند. همچنین مشاهده شد که اندازه دانه اولیه فلز پایه مستقل از اندازه دانه در ناحیه فلز جوش می باشد. از نرمافزار شبیهسازی میدان فازی )phase field( برای شبیهسازی ناحیه فلز پایه و فلز جوش استفاده شد و مشاهده گردید که نتایج حاصل از این شبیهسازی با نتایج آزمایشگاهی به خوبی مطابقت دارد. همچنین از یک روش مدلسازی تحلیلی برای پیشبینی رشد دانه در ناحیه متاثر از حرارت استفاده گردید که رشد دانه را به خوبی پیشبینی می کند. نتایج نشان داد که یک اندازه دانه بحرانی برای رشد دانه در HAZ وجود دارد که مقدار آن 12 میکرومتر گزارش شد. تاثیر ریزساختار اولیه فلز پایه بر ریزساختار منطقه فلز جوش در پاسهای مختلف فرآیند نورد تجمعی پیوندی بررسی شد و نتایج نشان داد که اندازه دانه در ناحیه فلز جوش مستقل از اندازهدانه اولیه فلزپایه میباشد. تاثیر افزایش دانسیته توان بر حسب فاصله از حوضچه مذاب بررسی شد و نتایج نشان داد که با افزایش دانسیته توان لیزر، اندازهدانه در منطقه HAZ افزایش مییابد. تاثیر افزایش دانسیته توان بر اندازه دانه فلز جوش بررسی شد و با افزایش آن، اندازه دانه در این منطقه افزایش یافت. همچنین تاثیر اندازهدانه اولیه فلز پایه بر وسعت HAZ بررسی شد و نتایج نشان داد که با کاهش اندازهدانه اولیه فلز پایه، وسعت HAZ افزایش مییابد. تغییرات تاریخچهی دمایی 5 نقطهی مختلف در HAZ بررسی شد و مشاهده شد که با افزایش دما، نرخ رشد افزایش مییابد. همچنین با کاهش اندازهدانه اولیه فلز پایه، سرعت رشد افزایش یافت. تغییرات اندازه دانه در بیرون از خط ذوب در موقعیت شماره 1 نسبت به زمان بررسی شد و مشاهده شد که به دلیل نرخ سرمایش باال، بعد از خاموش شدن لیزر، رشد دانه به سرعت متوقف میشود.