تحقیق جوشکاری در فلزات غیر متشابه غیر همجنس

بسم الله الرحمن الرحیم

جوشکاری درفلزات غیر متشابه

بخش اول
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیوم 5050 به فولاد زنگ نزن 304
در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی فلزات غیرهمجنس، پارامترهای مهمی تاثیرگذار می باشد که از آن جمله می توان به سرعت دورانی و خطی ابزار، افست و هندسه ابزار اشاره کرد. در تحقیق حاضر اتصال دو فلز غیر همجنس ، آلیاژ آلومینیوم 5050 به فولاد زنگ نزنAISI 304 بوسیله ی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مورد مطالعه قرار گرفت. در اتصال فلزات غیرهمجنس به خصوص با اختلاف دمای زیاد در نقطه ذوب و خواص مکانیکی مقدار افست ابزار نقش مهمی در ایجاد اتصال و خواص مکانیکی ناحیه جوش دارد. ازاین رو در سرعت دورانی ثابت710RPM به بررسی سه افست ابزار پرداخته شد. در افست های مختلف و در سرعت دورانی ثابت710RPM تاثیر سرعت خطی بر روی خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به نتایج حاصل از بررسی خواص مکانیکی ناحیه اتصال مشخص شد که بهترین نتایج در افست 5/1 میلی متر در آلیاژ آلومینیوم و با سرعت خطی 56 میلی متر در دقیقه به دست امده است.
اتصال فلزات غیرهمجنس یک ایده جالب در صنعت طراحی و ساخت قطعات صنعتی می باشد. هدف از اتصال دو فلز غیر همجنس ترکیب خواص مکانیکی و حرارتی دو فلز می باشد.به عنوان مثال خواص مکانیکی همچون استحکام بالا فلز اولیه و خواصی همچون مقاومت به خوردگی ،حرارتی و الکتریکی فلز ثانویه که ترکیب این دو خاصیت ممکن است در صنایع زیادی استفاده شو[ 1]. در این تحقیق جوشکاری فولاد آستنیتی که دارای شکل دهی خوب ، استحکام بالا ومقاومت به خوردگی بالا می باشد[ 2] با آلیاژ آلومینیوم که دارای مقاومت به خوردگی بالا، چگالی کم، هدایت حرارتی و الکتریکی خوب می باشد[ 3] مورد مطالعه قرار گرفته است. اتصال این دو فلز می تواند کاربرد وسیعی در صنایعی همچون خودروسازی، کشتی سازی و در مکانهایی که مقاومت به خوردگی و استحکام بالا اتصال این دو فلز به دلیل تفاوت زیاد در – نیاز است استفاده شود[ 3نقطه ذوب و خواص مکانیکی دارای مشکلات زیادی می باشد. روش های متداول ذوبی همچون قوس الکتریکی به دلیل ذوب دو فلز، باعث ایجاد ساختارهای بین فلزی و همچنین به دلیل دمای بالا باعث تغییر در ساختارو خواص مواد و همچنین ایجاد تنش باقیمانده در ناحیه جوش می شود. این تغییر در خواص و ساختارهای بین فلزی سبب تردی و شکنندگی ناحیه جوش می شود[6و7
جوشکاری به حالت جامد تکنیک مناسبی برای جوشکاری اینگونه فلزات است زیرا که در این تکنیک اتصال در زیر دمای ذوب دو فلز صورت می گیرد. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی روشی است که برای اتصال فلزات غیرهمجنس نیز پیشنهاد شده است در این تکنیک به دلیل عدم ذوب و اغتشاش در ناحیه جوش باعث ایجاد دانه های ریز در ناحیه جوش می شود وهمچنین فازهای بین فلزی کمتری تشکیل می شود اتصال دارای شکنندگی و تردی کمتری می باشد.برای اولین بار اقای vatanabe در سال 2003 اتصال دو فلز آلیاژ آلومینیوم 5083 را به فولاد کربنی SS400 را در ضخامت 2میلیمتر گزارش داد[8 .[آقای chen نیز بر روی اتصال فولاد 1018 به آلیاژ آلومینیوم 6061 مطالعاتی انجام داده است. آقای Tanaka بر روی خواص جوش الیاژ الومینیوم 7075 به فولاد در سال 2009 مطالعه انجامداده است[5 .
در این پژوهش به بررسی پارامترهای اتصال دو فلز غیرهمجنس آلیاژ آلومینیوم 5050به فولاد آستنیتی 304 می پردازیم و سپس به بررسی خواص مکانیکی (تست کشش و میکروسختی) و تحلیل ساختار می پردازیم.
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی ورق های آلیاژ آلومینیوم 5050 و فولاد زنگ نزن304 در ابعاد 150*100*3میلیمتر انجام شده است. در جدول 1 ترکیب شیمیایی فلزات نشان داده شده است.
آلیاژ آلومینیوم در ناحیه پسرانش و فولاد در ناحیه پیشرانش قرار گرفته است در شکل 1 شماتیک فرایند نشان داده است. ورق های مورد استفاده در جهت عمود بر محور نورد برش خورده است

ابزار مخروطی با زاویه انحراف 2درجه قرار می گیرد جنس ابزارتنگستن کارباید بوده و قطرشولدر 20 میلی متر و زاویه ی تقعر 3 درجه می باشد. در شکل یر مشخصات هندسی ابزار نشان داده شده است.

از آنجاییکه افست ابزار نقش تعیین کننده ای در اتصال فلزات غیر همجنس دارد، در سرعت دورانی ثابت 710rpm که در آزمایش های قبلی سرعت بهینه بوده است، به بررسی اتصال در سه افست مختلف و سه سرعت خطی می پردازیم در جدول متغییرهای آزمایش نشان داده شده است.نحوه افست ابزار در شکل 3 نشان داده شده است:

برای انجام تست کشش نمونه ها بوسیله وایرکات بر طبق استانداردE8M-ASTM بریده شده است. در شکل 4 اندازه نمونه کشش نشان داده شده است.

شکل4 جدول ترکیبات فلزی مورد استفاده در پژوهش

شکل 5 پارامترهای آزمایش

در این مقاله به بررسی تاثیر پارامترها افست و سرعت خطی بر روی خواص مکانیکی (میکروسختی و استحکام کششی) و جهت بررسی ریز ساختار و رسوبات حاصل از جوشکاری دو قطعه در ناحیه جوش از میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM همراه با EDX و برای بررسی ساختار حاصل از متالوگرافی در منطقه جوش از میکروسکوپ نوری مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج کیفیت ظاهری جوش
در شکل زیر ،شکل ظاهری نمونه ها در سه افست 75/0 و 5/1 میلیمتر و سرعت دورانی 710rpm و سرعت خطی40 min/mm نشان داده شده است. هر چقدر مقدار افست کمتر می شود ذرات فولاد به صورت یکپارچه و بزرگتر در ناحیه جوش قرار می گیرند. یکپارچه شدن ذرات فولاد باعث ایجاد ترک در ناحیه جوش وعدم اتصال کامل دو فلز می شود. با کاهش افست مقدار گرمای تولیدی بوسیله ابزار افزایش پیدا می کند و باعث ذوب آلیاژ آلومینیوم می شود و این ذوب باعث ایجاد عیوبی در جوش می شود. در شکل 6 نمایی پشتی جوش نشان داده شده است.

نتایج بررسی میکروسختی:
سختی نمونه را با سختی سنج ویکرز و با نیروی 100گرم و 30 ثانیه زمان و در مرکز نمونه اندازه گیری شده است.مقدار سختی از ناحیه آلومینیوم به سمت فولاد درهر میلیمتر اندازه گیری شده است.در نمودار 1 زیر نتایج سختی سنجی نشان داده شده است.با توجه به نتایج، مقدار سختی در ناحیه جوش به موقعیت اندازه گیری بستگی دارد دلیل انرا می توان در پراکنده شدن ذرات فولاد در ناحیه جوش دانست. پیک های بوجود آمده می تواند به دلیل قرار گرفتن موقعیت اندازه گیری بر روی ساختار بین فلزی باشد.

نتایج تست کشش:
نتایج تست کشش در نمودار نشان داده شده است، با توجه به جدول بیشترین استحکام کششی در افست mm.5/1 و سرعت دورانی 56min/mm بدست امده است. با توجه به نتایج با افزایش سرعت خطی مقدار استحکام منطقه جوش افزایش یافته و هرمقدار افست کمتر شده استحکام کاهش یافته است. . در افست 75mm.0,0 به دلیل پیوسته شدن ذرات فولاد در منطقه جوش، ترک و حفره ایجاد شده است و موجب کاهش استحکام منطقه جوش می شود. در این نمونه ها شکست از محل ذرات فولاد رخ می دهد

انالیز های میکروسکپ نوری:
در شکل7 نمونه برش خورده در افست 5.1 میلیمتر و در سرعت خطی min/56mm متفاوت نشان داده شده است. ذرات فولاد در ناحیه جوش به صورت یکنواخت پراکنده شده است. در ناحیه اتصال عیوبی همچون ترک، عیب تونلی یا جاهای خالی وجود ندارد.

میکروسکپ الکترونی و آنالیز EDX
تصویر گرفته شده بوسیله میروسکوپ الکترونی با بزرگنمایی 5000 می باشد. و ناحیه مرزی بین ناحیه فولادی و ناحیه اغتشاش نشان داده شده است. به وسیله آنالیز EDX درصد ترکیب فلزات در ناحیه مرزی در نقاط مختلف در شکل نشان داده شده است. با توجه به آنالیز داده شده، در نقاط a وb ترکیبات بین فلزی تشکیل شده است

نتیجه نهایی:
در پژوهش مورد اشاره حاضر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بین فلزات غیرهمجنس فولاد زنگ نزن 304 و آلیاژ آلومینیوم 5050 صورت پذیرفت و مطالعه بر روی دیگر پارامترها و بهبود کیفیت جوش همچنان ادامه دارد. در این مطالعه نتایج زیر حاصل گردید: 1 -جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی روش مناسبی برای اتصال فلزات غیرهمجنس آلیاژ آلومینیوم به فولاد می باشد. 2 -پارمترهای مطلوب سرعت خطی و افست ابزار در سرعت دورانی ثابت 710rpm ، به ترتیب برابرmin/56mm و 5mm.1 در آلیاژ آلومینیوم می باشد. 3 -مقدار سختی در ناحیه جوش متغیر می باشد وبه محل گرفتن سختی بستگی دارد.دلیل آن ذرات پراکنده شده فولاد می باشد.

بخش دوم

ارزیابی مقاومت به خورگی اتصال غیرمتشابه فولاد زنگ نزن سوپردوفازی UNS32750به فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI304L

دراین پژوهش، بررسی رفتار خـوردگی مقـاطع جـوش یغ رمشـابه فـولاد زنـگ نـزن سـوپر دوفـازی UNS 32750 به فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L AISI مورد بررس ی قرار گرفت. جوشـکاری بـا اسـتفاده از روش جوشکاری قوسی تنگستن – گاز و دو نوع فلز پرکننده ER25104L و ER309LMo انجـام شـد . اسـتفاده از تکنیک های جوشکاری مناسب نظیر کنترل حرارت ورودی و تعیین فلز پرکننده مناسب می تواند به طور موثری بـر جلـوگیری و کـاهش میـزان خـوردگی مـوثر باشـد. بـرای ارزیـابی مقاومـت بـه خـوردگی، از آزمـون هـای پولاریزاسیون سیکلی و تافل در محیط 3/5 درصد وزنی کلرید سدیم در دمای محیط استفاده شد. همچنـین ریـز ساختار مناطق مختلف هر اتصال شامل فلزات پایه و جوش، با میکروسکوپ نـوری بررسـی شـد . در فلـز جـوش ER25104L ،انجماد به صورت فاز فریت،آستنیت به همراه رسوب گذاری آستنیت ثانویـه بـود و انجمـاد فلـز جوش ER309LMo ، به صورت فریت هیاول همراه با آستنی ت، و با مورفولوژ یفر ی ت اسکل یت شـکل صـورت گرفت. نتایج حاصل از آزمون های الکتروشیمیایی نشان داد که فلز پایه سوپر دوفازی 32750 در مقایسه بـا فلـز پایه آستنیتی 304L مقاومت به خوردگی بهتری دارد. همچنین بررسی رفتار خوردگی فلزات جوش نشان داد که با استفاده از فلز پرکننده 25104L می توان جوشی ایجاد کرد کـه مقاومـت بـه خـوردگی بهتـری نسـبت بـه فلـزپرکننده 309LMo داشته باشد.
با وجود مقاومت به خوردگی خوب فولادهای زنگ نزن آستنیتی ، در محیط های بسیار خورنده حاوی غلظت های بالای یون کلر این فولاد ها مقاوم نبوده و در برابر خوردگی حفره ای و ترک خوردن خوردگی تنشی آسیب پذیر هستند. در این موارد ، فولادهای زنگ نزن دوفازی جایگزین بسیار مناسبی برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند. فولادهای زنگ نزن دوفازی دارای ریزساختار فریتی – آستنیتی بوده که این ریزساختار خواص جالب توجهی را به دنبال دارد. این فولادها به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد مانند استحکام، مقاومت به خوردگی عالی، به طور گسترده در محیطهای خورنده مورد استفاده قرار میگیرند.بررسیها نشان دهنده گسترش روز افزون مصرف فولادهای زنگ نزن دوفازی در سه دهه ی گذشته بوده است و هم اکنون تحقیقات وسیعی در زمینه گسترش و به کارگیری فولادهای زنگ نزن دوفازی در حال انجام است
فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی (SAF2507)UNS32750 یک فولاد زنگ نزن دوفازی پرآلیاژی جدید بوده که وجود مقادیر قابل توجهی از عناصری چون کروم، نیکل، مولیبدن و نیتروژن در ترکیب آن خواص ممتاز و بی نظیری را به آن بخشیده است.مقاومت به ترک خوردن خوردگی تنشی، حفره ای، شیاری در محیطهای خورنده به همراه استحکام کششی و خواص سایشی عالی باعث کاربرد وسیع این فولاد برای لوله های نفت و گاز در ساحل دریا یا درون دریا، مبدل های حرارتی، مخازن تحت فشار، تجهیزات صنایع کاغذ سازی، صنایع نفت، پتروشیمی و واحدهای نمک زدایی شده است.
مقاومت به خوردگی عمومی در فولادهای زنگ نزن دوفازی به تعادل فریت/آستنیت و به عبارت بهتر به تغییر درصد آستنیت فلز جوش بستگی دارد. به طوری که نمونه با درصد آستنیت بالاتر ، پتانسیل خوردگی پایین تر و جریان خوردگی بیشتری نشان می دهد. نسبت یک به یک فریت – آستنیت در ساختارهای دوفازی اهمیت ویژه ای دارد و گزارش شده که بهترین خواص در این نسبت به دست می آیند . اصولا" در جوشکاری هدف آن است که با کنترل پارامترهای مختلف جوشی حاصل شود که خواص آن از جمله خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی برابر و یا بهتر از فلزات پایه باشد این هدف در جوشکاری اتصال غیرمشابه مذکور با انتخاب فلز پرکننده مناسب دست یافتنی است.
متدلوژی پژوهش:
در این پژوهش، از فولاد زنگ نزن آستنیتی L 304 AISI ) 30403 S UNS (و فولاد زنگ نزن سوپر دو فازی (SAF2507)UNS32750به عنوان فلزات پایه به صورت کار شده استفاده شد. ترکیب شیمیایی فلزات پایه و فلزات پرکننده در جدول ارائه شده است. جهت اتصال فلزات پایه از دو نوع فلز پرکننده سیم جوش LMo ER309 وسیم جوش L ER25104 با قطر 2/4 میلیمتر بهره برده شد. لوله هایی با اندازه قطرداخلی 2/76 میلی متر 3اینچ و طول 150 میلیمتر و ضخامت 4 میلیمتر( 15/0 اینچ) به عنوان فلزات پایه تهیه شد. به منظور انجام عملیات جوشکاری لازم بود تا در ابتدا لوله ها را از یک طرف مطابق با طرح مناسب اتصال آماده سازی نمود. بدین منظور لوله ها ی فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی 32750 و فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L برای اتصال لب به لب با شیارV شکل با استفاده از دستگاه فرز ماشینکاری شدند. زاویه هر لوله در ناحیه شیار جوش 35 درجه و در مجموع 70 درجه در نظر گرفته شد. شماتیک طرح اتصال و مشخصات ابعادی آن در شکل نشان داده شده است

شکا 13 طرح اتصال لوله ها

جوشکاری نمونه ها بدون پیشگرم کردن و با استفاده از فرایند جوشکاری قوسی تنگستن – گاز بر روی نمونه ها انجام شد. دمای بین پاسی 150 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد، تا تنشهای اعوجاج ناشی از انقباض و سرد شدن فلز جوش به حداقل مقدار ممکن برسد. در هر پاس مقادیر شدت جریان، ولتاژ و سرعت جوشکاری اندازه گیری شده و با استفاده از رابطه زیر حرارت ورودی محاسبه گردید
حرارت ورودی=H=( ηIV)/S
در این رابطه I شدت جریان، V ولتاژ و S سرعت جوشکاری است. η بازده قوس در این رابطه 7 ./در نظرگرفته می شود.
به منظور مطالعه و بررسی ریزساختار مناطق آلیاژهای پایه، فلز جوش، منطقه تحت تاثیر حرارت و همچنین تحولات ریز ساختاری، از متالوگرافی استفاده شد. سطوح نمونهها توسط سنبادههای کاربید سیلیسیوم 100 تا2400 سنباده زنی و سپس پولیش شدند. اچ نمونه ها توسط محلول براها و محلول ماربل انجام شد. پس از آماده سازی نمونه ها، ریز ساختار مناطق مختلف قطعات جوشکاری شده توسط میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت .
جهت بررسی رفتار خوردگی مقاطع جوش، ابتدا نمونه هایی با ابعاد مناسب از مقاطع جوش بریده شد و گرده جوش سنگ زنی و صاف شد. سپس برای ها ایجاد اتصال الکتریکی، سیم مسی روکش دار به پشت نمونه لحیم شد. در ادامه نمونه ها با لاک مخصوص پوشش دهی شد. به طوری که در نهایت تنها سطح مورد نظر با محلول الکترولیت در تماس باشد. جهت حصول صافی سطح مناسب برای انجام آزمایشهای مختلف خوردگی نمونههای مانت شده توسط سمباده های 100 ،220 ،600 ،800 و 1500 سنباده زنی شدند و پس از شستشو در چهاردهمین کنگره ملی خوردگی چند مرحله به وسیله استن چربی زدایی و سپس با جریانی از هوای گرم خشک شدند. در هر آزمایش سعی شد نمونهها درست قبل از آزمون و بدون هیچ فاصله زمانی آمادهسازی شده و بلافاصله در محلول قرار گیرند . قبل از آزمایش تمام نمونه ها دو ساعت در محلول قرار گرفت تا سیستم به حالت تعادل برسد سپس آزمایش پلاریزاسیون تافل و پلاریزاسیون سیکلی طبق استاندارد G61-ASTM و در محلول 5/3 درصد وزنی NaCl و با استفاده از دستگاه پتانسو استات مدل 2273 Parstat انجام شد. آزمایش ها درون سل خوردگی سه الکترودی با الکترود مرجع، الکترود کالومل اشباع، الکترود کمکی صفحه پلاتینی و الکترود کاری نمونه بود. نرخ روبش برای تمامی نمونه ها یکسان و برابر 1mv/s بود و تمام آزمایش ها در دمای محیط انجام شد. آزمایش هااز پتانسیلی در حدود 250 میلی ولت کمتر از پتانسیل خوردگی آغاز شد.

نتایج و بحث:
شکل زیرتصویر میکروسکوپ نوری ریزساختار فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی L 304 را نشان می دهد. این ریزساختار، شبیه به ریزساختار معمول فولادهای زنگ نزن آستنیتی است. همان طور که ملاحظه می شود 5 ریزساختار، دانههای آستنیتی هم محور به همراه مقداری فریت دلتا در طول جهت نورد را نشان می دهد. در شکل تصویر میکروسکوپ نوری ریزساختار فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی 32750 ارائه شده است. ساختار متشکل از دو فاز فریت و آستنیت به صورت لایه ای میباشد و ساختار نوردی کاملاً واضح است. فاز روشن با آستنیت و فاز تیره رنگ فریت می باشد

شکل 14ریز ساختار فلز پایه فولاد زنگ نزن 304 L وریز سوختار پایه فلز سوپر دوفازی 32750

فلز جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی LMo 309 : در شکل ریزساختار فلز جوش حاصل از فلز پرکننده 309LMo نشان داده شده است. همان طور که ملاحظه می شود ساختار آستنیتی همراه با مقداری فریت دلتا به صورت اسکلتی است. بنابراین ریزساختار حاصل، شامل فریت کرمی شکل یا اسکلتی در زمینه آستنیت می باشد.

فلز جوش L 25104 : در شکل ریزساختار فلز جوش حاصل از فلز پرکننده 25104L نشان داده شده است. ساختار متشکل از فاز فریت (تیره)، آستینت (روشن) ر سوب آستنیت ثانویه ( ظریف روشن) است. تمام فولادهای زنگ نزن دوفازی به صورت فریتی منجمد شده و تا پایان انجماد هم فریتی باقی می مانند. با پائین آمدن دما، استحاله حالت جامد فریت به آستنیت شروع میشود. بنابراین فلز جوش فولادهای زنگ نزن دوفازی حاوی مخلوطی از آستنیت و فریت هستند. تشکیل آستنیت ثانویه بیشتر در فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت طی جوشکاری چند پاسه رایج استبازگرمایش قطعه جوشکاری شده سبب می شود نفوذ بیشتری صورت گیرد که می تواند سبب رشد بیشتر آستنیت موجود و یا جوانه زنی آستنیت جدید شودرسوب آستنیت ثانویه می تواند به طور قابل ملاحظه ای چقرمگی جوش های رسوب داده شده را بهبود بخشد. اما شواهدی وجود دارد که نشان می دهد حضور آستنیت ثانویه ممکن است مقاومت به خوردگی حفره ای را کاهش دهد.

بررسی منابع و مراجع نشان دادکه فلز پایه سوپر دوفازی 32750 در مقایسه با فلز پایه 304L مقاومت به خوردگی حفره ای بسیار بهتری دارد. این امر به خوبی با در نظر گرفتن ترکیب شیمیایی دو فلز پایه قابل تشریح است. فلز پایه سوپر دوفازی 32750 دارای حدود 7 درصد کروم بیشتر در مقایسه با فلز آستنیتی 304L است. عنصر کروم نقش اصلی را در غیر فعال سازی سطح بازی می کند و با افزایش مقدار آن، امکان تشکیل یک لایه رویین مستحکم تر و مقاوم تر ایجاد می گردد. بررسی منابع و مراجع نشان داده است که لایه رویین در فولادهای زنگ نزن به دو زیر لایه تقسیم میشود. لایه داخلی،که اثر غیر فعال شدن را فراهم میآورد و شامل Cr2O3 است ولایه بیرونی که شامل اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن است و بیشتر تحت تاثیر شرایط خارجی است. در مقابل در آلیاژهای حاوی کروم کمتر، این چنین ساختار لایه ای تشکیل نمی گردد. از سوی دی گر وجود مولیبدن در فلز پایه سوپر دوفازی 32750 ،نسبت به فلز پایه 304L مقاومت به حفره دار شدن آلیاژ را افزایش می دهد. تئوری های زیادی برای درک نقش مولیبدن در افزایش مقاومت به حفره دار شدن پیشنهاد شده است. این تئوری ها شامل بهبود مقاومت لایه رویین به شکست، افزایش مشخصه های غیرفعال شدن مجدد لایه رویین و کاهش نرخ انحلال فلز داخل حفره می شود .
فلز پایه 32750 دارای کروم بیشتر میباشد ودارای پتانسیل آزاد خوردگی بالاتری میباشد و همچنین برای فلزات جوش پتانسیل آزادER25104L بالاتراز 309LMo میباشد که این امر میتواند مربوط به نیکل بیشتر فلزات جوش در مقایسه با فلز پایه زنگ نزن سوپر دوفازی 32750 ، که به صورت اکسید نیکل NiO درآمده است، باشد. این پدیده توسط دیگر محققین نیز گزارش شده استهدایت الکترونی و یونی لایه رویین تشکیل شده بر روی سطح آلیاژهای پایه نیکل وآلیاژهای Ni-Cr بیشتراز لایه هایی است که بر روی سطح کروم خالص تشکیل شده است
نظریه های مختلفی توسط محققین در مورد نقش مولیبدن ارائه شده است. برخی از آن ها گزارش کرده اند که مولیبدن با جذب در فصل مشترک در حال انحلال در حفره، سینتیک انحلال را کاهش داده و بدین نحو از انحلال بیشتر فلز داخل حفره جلوگیری می کند. محققین دیگری بر این باورند که مولیبدن در فولادهای زنگ نزن با محیط کلریدی برهم کنش کرده و یک لایه سطحی ایجاد می کند. این لایه سطحی از تخریب لایه رویین – بوسیله یون های تخریب گر Cl- جلوگیری می کند
منحنی پلاریزاسیون تافل مربوط به فلزات پایه در محلول 5/3 درصد وزنی کلرید سدیم و در دمای محیط در شکل زیر ارائه شده است. با توجه به منحنی های به دست آمده از آزمایش پلا ریزاسیون تافل، در شکل مشاهده می شود که منحنی مربوط به فلز پایه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی 32750 نسبت به فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L به سمت بالا و چپ منتقل شده است. به عبارت دیگر، فلز پایه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی 32750 پتانسیل خوردگی بالاتر (نجیب تر) و جریان خوردگی کمتری را نشان می دهد. این امر بیانگر این است که این فلز پایه مقاومت به خوردگی بهتری در محیط مذکور دارد. این امر به خوبی با در نظر گرفتن ترکیب شیمیایی دو فلز پایه قابل تشریح است. فلز پایه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی دارای درصد کروم بیشتر در مقایسه با فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L است. این مقدار کروم بیشتر همراه با نیکل موجود باعث بهبود مقاومت به خوردگی عمومی این فلز شده است

تغییر درصد آستنیت فلز جوش و به عبارت بهتر تغییر در تعادل فریت/آستنیت سبب تغییر مقاومت به خوردگی عمومی شده است، به طوری که نمونه با درصد آستنیت بالاتر پتانسیل خوردگی پایین تر و جریان خوردگی بیشتری نشان می دهد. به عبارتی با فاصله گرفتن از تعادل /50 50 درصد آستنیت/فریت که حالت بهینه محسوب می شود، مقاومت به خوردگی عمومی متاثر شده و کاهش پیدا کرده است. نسبت یک به یک فریت – آستنیت در ساختارهای دوفازی اهمیت ویژه ای دارد و گزارش شده بهترین خواص در این نسبت بدست می آیند. شکل منحنی پلاریزاسیون تافل مربوط به فلزات جوش را نشان می دهد که با توجه به شکل می توان نتیجه گرفت هر دو فلزجوش دارای مقاومت خوبی در برابر خوردگی می باشند، هرچند تفاوت ترکیب شیمیایی باعث رفتار مختلف در محیط های مورد آزمایش می شود. یکی دیگر از عوامل موثر بر خوردگی موضعی وجود فازهای ثانویه است. این فازها می توانند به عنوان مکان هایی برای جوانه زنی حفره عمل کنند. اما کنترل حرارت ورودی می تواند تشکیل فازهای ثانویه را به حداقل برساند . به طور کلی فلز پرکننده ER25104L با انتقال به سمت چپ نمودار جریان خوردگی کمتری را نشان می دهد . جدول نتا یج محاسبه شده سرعت خوردگی در نمونه های آزمایش تافل را ارائه می دهد. در این آزمایش پتانسیل شروع نسبت به Eocp ،25/0 و پتانسیل پایان نسبت بهEocp منفی همان مقداردر مقیاس ولت ولت در نظر گرفته شده است.

شکل 18منحنی پلاریزاسیون تافل مربوط به فلزات جوش 25104L ER قرمز و 309LMo ER سیاه

شکل 19نتایج سرعت خوردگی در آزمون تافل

منحنی پلاریزاسیون سیکلی مربوط به فلزات پایه در محلول5/3 درصد وزنی کلرید سدیم و در دمای محیط در شکل 8زیر ارائه شده است. منحنی خط چین مربوط به فلز آستنیتی 304L و منحنی ضخیم مربوط به فلز پایه سوپر دوفازی 32750 است. همان طور که مشاهده می شود هر دو فلز پایه پس از پتانسیل بازگشت و حین روبش معکوس حلقه هیسترزیس مثبت تشکیل داده اند که بیانگر وقوع خوردگی حفره ای است. به عبارت دیگر هر دو فلز پایه حساس به خوردگی حفره ای هستند اما شدت وقوع خوردگی حفره ای در دو فلز پایه که ارزیابی مقاومت به خوردگی اتصال ریغ مشابه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی 32750 UNS به فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L AISI بستگی به مساحت حلقه هیسترزیس و به عبارت بهتر فاصله بین پتانسیل حفره دار شدن Epit و پتانسیل رویین شدن مجدد Erep دارد متفاوت است. پتانسیل حفره دار شدن ، پتانسیلی است که بعد از آن یک افزایش سریع در جریان رخ داده که مربوط به شکست لایه رویین و شروع حفره دار شدن است. پتانسیل رویین شدن مجدد، پتانسیلی است که نمودار حین روبش معکوس نمودار اولیه را که طی روبش مستقیم ایجاد شده قطع می کند. این پتانسیل نشان دهنده غیر فعال شدن مجدد سطح و قطع خوردگی حفره ای است

بخش سوم

ارزیابی ریزساختار و ضربه پذیری جوشهای نامشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI347 به فولاد کم آلیاژASTMA335

دراین پژوهش، ریزساختار جوشهای نامشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 ISI به فولاد کم آلیاژ ASTMA335 با استفاده از روش قوسی تنگستن – گاز با قطبیت منفی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، از دو فلز پرکننده 3ERNiCr- و ER309L استفاده شد. پس از جوشکاری، ریز ساختار مناطق گوناگون هر اتصال شامل فلزات جوش، مناطق متاثر از حرارت (HAZ ،فصل مشترکها و مناطق مخلوط نشده (UMZ )با میکروسکوپ نوری بررسی شد. برای بررسی رسوبات و سطوح شکست ازمیکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM )مجهز به سیستم اسپکتروسکوپی انرژی پراکنده (EDS)استفاده شد. بررسیهای ریزساختاری نشان دادند که یک ساختار دو فازی شامل مناطق دندریتی و بین دندریتی در فلز جوش 3-ERNiCr با انجماد آستنیت اولیه و ساختاری شامل فریت اولیه استخوانی شکل در زمینه آستنیت در فلز جوش ER309L تشکیل شده است. در فصل مشترک فلزات پرکننده با فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 رشد رونشستی و در فصل مشترک فلزات پرکننده با فولاد کم آلیاژ A335 منطقهای باریک مشاهده شد. همچنین، در منطقه HAZ هر دو فلز پایه، درشت شدن دانهها رخ داد. مقاومت در برابر ضربه در مقطع جوش و نیز شکست نگاری نمونه ها بررسی شد. بیشترین مقدار انرژی شکست، مربوط به فلز جوش 3-ERNiCr- بود. در نهایت، میتوان نتیجه گرفت که برای اتصالات بین فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 و فولاد کم آلیاژA335 ، ماده پرکننده 3-ERNiCr- ویژگیهای بهینهای را ارائه میدهد.
فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 ،یکی از پر کاربردترین فولاد ها در صنعت است که به مقداری گسترده در کاربردهای مقاوم به خوردگی در محیطهای آبی و همچنین، در دماهای بالا بکار میرود. این فولاد در صنایع نفت و گاز، پالایشگاه و نیروگاههای تولید برق کاربرد فراوان دارد. مقاومت به اکسیداسیون در دمای بالا به خاطر مقدار بالای کرم این فولاد است وجود نیکل که عنصری آستنیت زا میباشد، باعث بالا رفتن خواص مقاوم به حرارت این آلیاژ شده است. در این آلیاژ مقاومت به حمله بین دانهای در محیطهای خورنده بهبود یافته است فولادهای کم آلیاژ کرم – مولیبدندار دستهای دیگر از فولادها میباشند که از مقاومت به سایش و مقاومت در برابر خوردگی بویژه مقاومت در برابر محیطهای خورنده احیایی به وسیله گازهای گوگرد و مشتقات آن برخودارند و در درجه حرارتهای نسبتاً بالا نیز استحکام خود را از دست نمیدهند زیرا کرم، مقاومت به خوردگی و مولیبدن استحکام در دمای بالای این فولادها را تامین میکند. این فولادها برای ساخت چرخدنده ها، عدسیهای آب بندی فشار بالا و در صنایع نفت و نیروگاهی کاربردی گسترده دارند امروزه کاربرد اجتناب ناپذیر اتصالات نامشابه به دلیل ملاحظات اقتصادی و دستیابی به خواص مکانیکی مناسبتر و افزایش عملکرد در کاربردهای دمای بالا و افزایش مقاومت در برابر خوردگی برای بسیاری از آلیاژها گسترش یافته است. از جمله این اتصالات نامشابه میتوان به اتصال فولادهای زنگ نزن به فولادهای کم آلیاژ اشاره نمود. در همین راستا گروهی از پژوهشگران، پژوهشهای خود را روی جوشکاری نامشابه این آلیاژها متمرکز کرده اند. از جمله اریواژا گان و همکاران که روشهای گوناگون جوشکاری را برای فولاد زنگ نزن 304 به فولاد کم آلیاژ4140 بررسی کردند و بهترین خواص مکانیکی را با استفاده از روش جوشکاری پرتو الکترونی بدست آوردند. نتایج آنها نشان دادند که به دلیل سرعت سردشدن سریع و زمان کوتاه در معرض حرارت قرارگرفتن اتصالات در این روش جوشکاری، مقدار کاربیدهای غنی از کرم در مرز دانهها کاهش می یابد. همچنین، کلوه شکست یک اتصال انتقالی بین فولاد 25/2Cr-1MO وفولاد زنگ نزن آستنیتی 321 ایجاد شده به وسیله فلز پرکننده پایه نیکلی اینکونل 182 را مورد مطالعه قرار داد. پژوهشهای او نشان دادند که پس از قرارگیری این اتصال در معرض دمای بالا در10 تا 15 سال، ناحیه متاثر از حرارت دارای دانههای فریت درشت شده خواهد شد که در نهایت، شکست در این ناحیه را در پی خواهد داشت .با توجه به مطالب یاد شده و باتوجه به اینکه اتصال نامشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 به فولاد کم آلیاژ A335 در صنایع نفت وگاز و بویژه در مبدلهای حراراتی ازاهمیتی بالا برخوردار است، لذا پژوهش در مورد ریزساختار مناطق گوناگون جوش و تعیین بهترین فلز پرکننده، با بهترین خواص مهندسی برای این اتصال نامشابه جهت رسیدن به خواص مطلوب انجام پذیرفت.
پژوهش:
در این پژوهش از لولههای با سایز هشت اینچ و ضخامت هشت میلی متر از نوع فولاد زنگ نزن آستنیتی347 به صورت کار شده و در شرایط آنیل انحلالی و فولاد کم آلیاژ A335 به عنوان فلزات پایه استفاده شد. ترکیب شیمیایی فلزات پایه و فلزات تمام جوش، در جدول نشان داده شده اند. جهت اتصال فلزات پایه بر اساس استاندارد C Part, II.SEC ASME و مطالعه مراجع از دو فلز پرکننده ER309L و 3-ERNiCr استفاده شد. در تمامی موارد از مفتولهایی با قطر 4/2 میلیمتر جهت پاس ریشه و پاسهای بعدی استفاده شد. جهت اتصال لب به لب با شیار V شکل بر اساس استاندارد.B16.9 ASME لوله ها آماده سازی شدند. طرح اتصال بکار رفته در شکل ارائه شده است. نمونه فولاد زنگ نزن آستنیتی 347AISI به دلیل هدایت حرارتی بالا و ضریب انبساط پایین بدون پیش گرم کردن و فولاد کم آلیاژکرم- مولیبدن دار با پیش گرم تا 150 درجه سانتیگراد بر اساس استاندارد ASME 406-QW IX.SEC با توجه به ضخامت لوله و جلوگیری از ایجاد ترکهای سرد در منطقه مجاور جوش، همچنین، کاهش تنشهای داخلی به وسیله مشعل انجام گرفت. سپس جوشکاری به صورت دستی با استفاده از روش جوشکاری قوسی- الکترود تنگستنی با گاز محافظ با قطبیت الکترود منفی (DCEN-GTAW )در وضعیت 2G و در چهار پاس به گونهای که یک پاس نفوذی و سه پاس پرکننده بود، جوشکاری شدند. جوشکاری با استفاده از دستگاه جوش گام الکتریک مدل 631 EL-Pars به وسیله جوشکار ماهر صلاحیت دار انجام شد. الکترود مصرف نشدنی بکار رفته، الکترود تنگستنی 2 %اکسید توریم به قطر 4/2 میلی متر بود. گاز آرگون خالص صنعتی با دبی 30 لیتر بر دقیقه در پاس نخست به عنوان گاز محافظ و در دیگر پاسها با دبی 10 لیتر بر دقیقه به دلیل کافی بودن محافظت به وسیله کامل شدن پاس ریشه، استفاده شد. دمای بین پاسی 150 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد تا تنشهای ناشی از انقباض و سرد شدن فلز جوش به کمترین مقدار ممکن برسد. حرارت ورودی با استفاده از رابطه 1 محاسبه گردید.
حرارت ورودی=H=( ηIV)/S

شکل 21 جدول ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده براساس درصد وزنی

شکل22 طرح واره اتصال لوله ها

در این رابطه I شدت جریان، V ولتاژ و S سرعت جوشکاری است. η) بازده قوس) در این رابطه 6/0 در نظر گرفته شده استبا توجه به سیالیت حوضچه مذاب و سرعت دست جوشکار و مطالعه منابع مقدار پارامترهای شدت جریان و ولتاژ در هر پاس انتخاب گردید. کمترین طول قوس نیز حدود دو میلیمتر در نظرگرفته شد. جدول پارامترهای قابل کنترل برای جوشکاری با دو فلز پرکننده را با بیشترین درصد رقت (30 درصد) نشان می دهد. کرم معادل و نیکل معادل با استفاده از روابط اصلی شیفلر و از رابطه 2محاسبه شد

شکل 23ویژگیهای جوشکاری قوسی تنگستن -گاز

برای مطالعه و بررسی ریزساختار فلزات پایه، فلزات جوش در پاس نخست از متالوگرافی استفاده شد. بدین منظور از هر اتصال دو نمونه با ابعاد مناسب تهیه گردید. سطوح مورد نظر به وسیله سنبادههای کاربید سیلیسیوم80 تا 2000 صاف شده و سپس به وسیله پودر آلومینای 3/0µm پرداخت شدند. نمونه ها به وسیله محلول نایتال که محتوی محلول 2 %اسید نیتریک در الکل بود، جهت آشکار شدن ساختار فولاد کم آلیاژ و برای آشکار شدن ریز ساختار فلز جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی، محلول ماربل با ترکیبی شامل 10grCuSO4و 50 سی سی اسید کلریدریک و 50 سی سی آب مورد استفاده قرار گرفت.
مدت 15 ثانیه استفاده شد. همچنین، نمونه ها در محلول حاوی 60 میلی لیتر آب و 40 میلی لیتر اسید نیتریک و زیر ولتاژ 5 ولت به مدت 10 ثانیه الکترواچ شدند در این مرحله، ریزساختار فلز جوش پایه نیکل به روشنی مشخص شد. ریزساختار مناطق گوناگون قطعات جوشکاری شده با میکروسکوپ نوری Olympus مدل CK40M در بزرگنمایی های گوناگون مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت. به منظور مقایسه مقاومت در برابر ضربه فلزات جوش، نمونه های آزمایش ضربه بر اساس ASME SEC.IX QW تهیه شدند -403.5 استاندارد فلز جوش درست در مرکز نمونه و در پاس نخست واقع شد. از هر اتصال سه نمونه برای انجام این آزمایش تهیه شد. سپس آزمایش ضربه چارپی با استفاده از دستگاه Santam روی نمونه ها در دمای 27 درجه سانتیگراد و 20 -درجه سانتیگراد به دلیل اهمیت انعطاف پذیری و کاهش آن در دمای پایین انجام و انرژی جذب شده در حین آزمایش گزارش شد. همچنین، سطوح شکست نمونه ها پس از انجام آزمایش، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل Leo تحت ولتاژ 20 کیلو ولت مورد مطالعه قرار گرفتند. برای بررسی ریزساختار مناطق گوناگون قطعات جوشکاری شده از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی استفاده شد. برای تعیین درصد فازهای فریت و آستنیت در نمونههای گوناگون به روش مغناطیسی، از دستگاه فریتوسکوپ ساخت شرکت Fischer مدل FMP30 استفاده شد. این دستگاه قابل حمل بوده و دارای یک پروب است که با استفاده از روش القای مغناطیسی کسر حجمی فاز مغناطیسی در فولادهای متشکل از فازهای مغناطیسی و غیر مغناطیسی را بر اساس استاندارد AWS/ANSIاندازه گیری می کنند.
نتایح و بحث:
شکل زیر تصویر میکروسکوپ نوری فلز پایه فولاد کم آلیاژ کرم- مولیبدن دار A335 درگروه P11 را نشان میدهد. این فولاد دارای ریزساختاری شامل پرلیت- فریت است. درصد حجمی فاز فریت محاسبه شده با فریتوسکوپ حدود 74 درصد بدست آمد. با توجه به شکل و محاسبات انجام گرفته به وسیله نرم افزازهای میکروسکوپ نوری میانگین اندازه دانههای فریت حدود 10 میکرومتر و میانگین اندازه دانه های پرلیت حدود 14 میکرومتر بدست آمد. همانگونه که مشخص است، ساختار شامل دانه های روشن فریت به همراه پرلیت به رنگ تیره است. شکل بعدی تصویر میکروسکوپی نوری از فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 را نشان میدهد، زمینه کاملا آستنیتی با دانههای هم محور مشخص است. با استفاده از جداول تبدیل اندازه دانه به قطر میانگین بر اساس استاندارد E112 ASTM میانگین قطر دانه حدود 75 میکرومتر بدست آمد.

در این پژوهش جهت پیش بینی ریز ساختار فلزجوش برای دو فلز پرکننده و مقایسه آنها با یکدیگر، از نمودار شیفلر بهره برده شد. جدول مقادیر محاسبه شده برای کرم معادل و نیکل معادل را نشان می دهد. در شکل ،در نمودار شیفلر، فولاد کم آلیاژ A335 به نوع 347 جوش شده است (علامت مربع) و فلز پرکننده نوع ER309L) علامت دایره) و3-ERNiCr) علامت مثلثی) بکار رفته است. ترکیب نهایی فلزجوش پاس نخست، در طول خط رابط نقطه چین قرار میگیرد که این نقطه را به ترکیب فلز پرکننده متصل میکند (اگر رقت فلزپایه برابر باشد). اگر کل رقت فلز پایه در پاس نخست فلز پرکننده 30 درصد باشد، در این صورت از نقطه L 309 به سمت فلز پایه، ترکیب فلز جوش تقریباً در مکانی است که خط رابط دوم، خط ایزوفریت حاوی 5 درصد فریت را قطع میکند. مطالعات نشان دادهاند که کنترل مقدار فریت فلز جوش، برای جلوگیری از ترک خوردن در جوش چند پاسه بسیار اهمیت دارد. برای فلز جوش 3-ERNiCr به خاطر وجود نیکل در ساختار که عنصری آستنیت زا میباشد، انجمادی کاملا آستنیتی مشخص شد. جدول تغییرات درصد آستنیت پاس ریشه منطقه جوش دو فلز پرکننده بکار رفته در این پژوهش را نشان میدهد. همانگونه که مشخص است، نتایج بدست آمده از جدول و نمودار همخوانی دارد.

شکل 25تغییرات درصد آستنیت فلز جوش با دستگاه فریتسکوپ

شکل26 نمودار شیفلر برای دو فلز پرکننده 309Lو 3-ERN
در شکل زیر ریزساختار فلز جوش ناشی از فلز پرکننده 309L مربوط به پاس نخست نشان داده شده است. نتایج بدست آمده از فریت سنجی برای پاس ریشه (نخست) فلز پرکننده L 309 حدود 7/5 درصد فریت را نشان داد. همان گونه که ملاحظه میشود، ساختار آستنیتی همراه با مقداری فریت دلتا (δ )به صورت اسکلتی است . دانه بندی فلز جوش 3-ERNiCr مربوط به پاس نخست در شکل نشان داده شده است. انجماد فلز جوش 3-ERNiCr به صورت آستنیت اولیه بوده و در آن یک ساختار دو فازی شامل دندریتها و مناطق بین دندریتی دیده میشود. این فلز جوش حاوی نیوبیوم است. نیوبیوم میتواند محدوده دمای انجماد را افزایش دهد. به بیان دیگر، باعث وسعت اندازه منطقه تحت انجماد میشود .جهت بررسی دقیقتر ریز ساختار جوش از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. در مناطق بین دندریتی رسوبات ریز سفید رنگی که بیشتر آنها از زمینه کاملاً متمایزند، مشاهده شد. شکل به ترتیب تصویر میکروسکوپ الکترونی فلز جوش و این رسوبات و شکل 8 آنالیز نقطهای رسوبات را نشان میدهد. این رسوبات شکل هندسی معینی ندارند، طول آنها تقریباً 2 میکرومتر است، غنی از نیوبیوم بوده و به شکل کاربید NbC میباشند.البته، مقداری Ti نیز در آنالیز نقطه ای به چشم میخورد که در نهایت، کاربید کمپلکسی از این عناصر را تشکیل میدهد.

شکل ،فصل مشترک فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 و فلز جوش 309L را نشان میدهد. ریخت شناسی فریت دلتا که به صورت اسکلتی انجماد یافته است به روشنی مشخص است. فریت، در طول مرز دانهها تشکیل شده است که به خاطر سرعت سرد شدن متوسط جوش و مقدار کم Nieq/ Creq میباشد. فریت تشکیل شده در مرز دانه های HAZ ،رشد دانه ها را محدود کرده و احتمال ترک خوردن ذوبی HAZ را کاهش میدهد شکل 10 فصل مشترک فلز پایه فولاد کم آلیاژ A335 و فلز جوش309L را نشان میدهد. با توجه به شکل در HAZ فولاد کم آلیاژ، درشت شدن دانهها به خوبی قابل مشاهده است، همان گونه که مشخص شد، مرز ناحیه انتقال ذوب ممکن است در یک فاصله بسیار کوتاه (حدود یک میلیمتر) به گونهای چشمگیر تغییر کند. رشد این منطقه رشد صفحه ای است که به علت تغییر در ترکیب شیمیایی فولاد کم آلیاژ A335 با محتوای کربن بالاتر (پنج برابر) نسبت به فلز جوش 309L میباشد. بنابراین، در طی جوشکاری مهاجرت کربن از HAZ به ناحیه ذوب وجود خواهد داشت. در این شرایط یک ناحیه مارتنزیتی باریک در مرز ذوب بوجود خواهد آمد. در حد فاصل بین فلز پایه و فلز جوش یک منطقه مخلوط نشده وجود دارد، علت این امر این است که بخشی از فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 که در مجاورت حوضچه وجود دارد، ذوب شده، بدون اینکه با فلز جوش مخلوط شود، دوباره منجمد شده است، بنابراین، این منطقه ترکیب شیمیایی فلز پایه را دارا میباشد. منطقه مخلوط نشده با آنالیز نقطهای بررسی و مشخص شد که ترکیب شیمیایی این منطقه، مشابه فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 347 است.
نتایج آزمایش ضربه چارپی برای فلزات جوش مورد بحث در این پژوهش، در دمای 27 و 20 -درجه سانتیگراد در جدول 5 ارائه شده است. مقادیر انرژی شکست برای فلزات جوش نشان میدهند که شکست نرم برای تمامی آنها رخ داده است و در بین فلزات جوش، فلز پرکننده 3-ERNiCr درهر دو دما، دارای بیشترین انرژی شکست ضربه بوده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی مربوط به سطوح شکست فلزات جوش 3-ERNiCr و ER309L ،به ترتیب در شکلهای زیر ارائه شده است. برای هر دو نمونه شکلها شامل دیمپلهاست که نشان میدهد نمونهها زیر اعمال فشار کششی در حالتی انعطافپذیر شکسته میشوند. تصاویر سطح شکست فلز جوش 3-ERNiCr ،مشخصه های یک شکست نرم را ارائه میکند. در این سطوح خطوط سیلان مشخص بوده و حالت پیوسته دارند. حفرات و دیمپلها نیز در ساختار به چشم میخورند. حضور دیمپلهای درشت در شکست ناحیه آستنیتی، نشان دهنده شکست کاملا نرم این فاز است.انرژی شکست فلز جوش 3-ERNiCr ،بیشتر از فلز جوش ER309L بود که این ناشی از ساختار کاملا آستنیتی و انعطاف پذیر در ساختار فلز پرکننده .است

شکل 28ریز ساختار شکست فلز جوش
38