جوشکاري انفجاري به عنوان یکی از روشهاي موثر ایجاد اتصال بین دو فلز غیر همجنس نظیر آلومینیوم و فولاد مطرح است. از آن جا که اتصالات آلومینیوم- فولاد در شرایط کاري در معرض درجـه حـرارت بـالا بین ۲۰۰ تا ۵۰۰ C قرار میگیرند به بررسی اثر عملیـات حرارتـی بـر اسـتحکام فـصل مـشترك (اسـتحکام جوش) پرداختهشدهاست. نتایج نشان میدهد که اثر عمیات حرارتی بر اسـتحکام اتـصال آلومینیـوم- فـولاد بسته به نوع و ریز ساختار فصل مشترك (صاف، موجی و لایه پیوسته مذاب منجمد شده) حاصـل از جـوش انفجاري متفاوت است. به طور کلـی عملیـات حرارتـی باعـث شـکلگیـري ترکیبـات بـین فلـزي تـرد بـین آلومینیوم و فولاد مانند صFeAl شده و منجر به کاهش استحکام جوش میگردد. با کنترل عوامل اثرگذار بر کیفیت فصل مشترك نظیر نوع ماده منفجره، نسبت بارگذاري ماده منفجره و فاصله توقف در جهت نیـل بـه فصل مشترك صاف و عاري از ترکیبات بین فلزي، مـیتـوان بـه جوشـی نائـل گردیـد کـه حـرارت تاثیــر کمتري بر آن داشتهباشد و استحکام خود را تا دماي بالاتري حفظ کند.

واژههاي کلیدي: عملیات حرارتی، جوشکاري انفجاري، فصل مشترك صاف، مواد منفجره

۵۰۴ بررسی اثر عملیات حرارتی بر استحکام اتصال آلومینیوم-فولاد در جوش انفجاري

مقدمه

جوشکاري انفجاري به عنوان یکی از روشهاي موثر در اتصال دو فلز غیر همجنس، در اثر برخورد مورب و با سرعت بالاي صفحه پرنده به صفحه ساکن بوجود میآیـد.[۱] جوشـکاري انفجـاري ماننـد روشهـاي دیگر داراي متغیرهایی است که با کنترل آنها میتوان به جوش با کیفیت مطلوب دست یافت. از جمله ایـن متغیرها نوع ماده منفجره، نسبت بارگذاري انفجاري، فاصله توقف و آرایـش اولیـه صـفحات هـستند کـه بـر اساس جنس و ضخامت صفحه ساکن و پرنده انتخاب میشوند۲]و.[۳

فصل مشترك حاصل از جوش انفجاري معمولا به سه صورت صاف، موجی و یا یـک لایـه پیوسـته مـذاب منجمد شده مشاهده مـیشـود. بـه منظـور ایجـاد جـوش بایـد متغیرهـاي جوشـکاري انفجـاري در محـدوده مشخصی بنام پنجره جوشکاري باشند که در شکل ۱ نمایش داده شده اسـت.[۲] فـصل مـشترك صـاف در نواحی مرزي سمت چپ و فصل مشترك موجی در ناحیه مرکزي پنجـره جوشـکاري حاصـل مـیشـود. بـا نزدیک شدن به مرز بالایی در پنجره جوشکاري یک لایه مذاب منجمد شده بـه صـورت پیوسـته در فـصل مشترك نمایان میشود. با افزایش سرعت انفجار ماده منفجره، نسبت بارگذاري ماده منفجره و فاصله توقف فصل مشترك از حالت صاف به موجی و سپس به صورت یک لایه پیوسته مذاب منجمد شده درمـیآیـد
۳]و.[۴

تشکیل مذاب در فصل مشترك آلومینیوم- فولاد به صورت یـک لایـه پیوسـته و یـا منـاطقی بـین امـواج و داخل گردابها حین جوشکاري با ایجاد ترکیبات بـین فلـزي تـرد نظیـر صFe Al همـراه اسـت کـه باعـث کاهش استحکام فصل مشترك و جوش خواهد شد.[۵]

برخی محققین معتقدند استحکام جوش آلومینیوم- فولاد با افزایش دما به بیش از ۳۰۰ C به سرعت رو به کاهش میگذارد و در دماي ۴۰۰ C استحکام به صفر میرسد.[۶] برخی دیگر بیان میکننـد کـه مقاومـت به شکست تا دماي ۴۰۰ C تغییر چندانی ندارد اما به محض اینکه دما به ۴۵۰ C میرسد با افـت شـدیدي مواجه است۷]و.[۸ سطح شکست فصل مشترك آلومینیوم- فولاد تا دماي ۳۲۰ C نشانگر وقوع شکـست نرم در قسمت آلومینیوم است که نشان میدهد اسـتحکام فـصل مـشترك آلومینیـوم- فـولاد بـیش از ناحیـه آلومینیوم مجاور آن است. اما با افزایش دما به بیش از ۳۲۰ C ضمن کاهش استحکام، سـطح شکـست بـه سمت شکست ترد میل میکند. علت شکست تـرد، ایجـاد تـركهـاي میکروسـکوپی در منـاطقی از فـصل مشترك است که ترکیبات بین فلزي تشکیل شده اند.[۹]

روش تحقیق

جدول۱ مشخصات صفحات آلومینیوم و فولاد مورد استفاده در این تحقیق آمده است. شکل۲ نحـوه تنظـیم اولیه صفحات به صورت موازي جهت انجام آزمایش جوش انفجاري را نشان میدهد. در جـدول۲ شـرایط انجام آزمایشهاي جوشکاري انفجاري براي نیل به انواع فصل مشترك ذکـر شـده اسـت. پـس از عملیـات

MPa لحزز

Aزخخخل MIL
هفتمین سمینار ملی مهندسی سطح و عملیات حرارتی ۵۰۵

جوشکاري، نمونهها به مدت ۳ سـاعت در دمـاي ۳۲۰ C الـی ۴۶۰ C حـرارت داده شـده و در هـوا سـرد شدند.
به منظور بررسی تغییرات در ریزساختار فصل مشترك در اثر عملیات حرارتی، نمونهها پس از آماده سازي

مورد مطالعات فلزنگاري قرار گرفتند. عملیات حکاکی بوسیله محلول نایتـال %۲ و %۰,۵ HF تـا آنجـایی ادامه پیدا کرد که فصل مشترك و ترکیبات بین فلزي نمایان شود. براي بررسـی دقیـقتـر فـصل مـشترك از میکروسکوپ الکترونی روبشیج SEMض و آنالیز ترکیب شیمیایی ج EDXض نیز استفاده گردید.