عنوان پایان‌نامه
جوشکاری غیر هم جنس فولاد زنگ نزن آستنیتی ۳۱۶L به فولاد کم آلیاژی AISI ۴۳۴۰ به روش Nd.YAG ضربانی
- رشته تحصیلی
- مهندسی متالورژی و مواد
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1343;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79662;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1343;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79662
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۹۵
- دانشجو
- علی رضا صوفی زاده
- استاد راهنما
- سیدعلی اصغر اکبری موسوی
- چکیده
- در پژوهش حاضر جوشکاری لیزر فولادهای آستنیتی L 316 و فولاد کربن 4340 مورد بررسی قرارگرفت. مطالعات با تمرکز روی بررسی اثر متغیرهای لیزر روی عمق و عرض جوش ها انجام شد. مطابق با نتایج افزایش انرژی و فرکانس ضربان منجر به افزایش عمق و عرض جوش ها شده است. همچنین محاسبه دقیق مقادیر چگالی بیشینه توان موثر منجر به انتخاب متغیرهای بهینه جوشکاری شده است. نتایج آزمون کشش در خصوص نمونه های نفوذ کامل نشان می دهد که استحکام فلز جوش بالاتر از فلز پایه ضعیف تر (فولاد 316) بوده است. نتایج سختی سنجی تطابق خوبی با آزمون کشش داشت. اثر متغیرهای لیزر روی عرض ناحیه متاثر از حرارت و اندازه دانه جوش بررسی شد که مطابق نتایج با افزایش انرژی و بسامد ضربان عرض ناحیه متاثر از حرارت در هر دو سمت جوش اندازه دانه های جوش افزایش یافته است. بررسی های ریز ساختاری در ناحیه جوش و ناحیه متاثر ازحرارت انجام شد. نتایج نشان داد که ریز ساختار جوش ها بر خلاف پیش بینی نمودار شفلر آستنیتی ریز دانه بود که علت آن سرعت سرمایش بالا می باشد. با اندازگیری فاصله بازوهای ثانویه دندریتی، سرعت سرمایش محاسبه شد. همچنین ریزساختار ناحیه متاثر از حرارت در مقادیر بالای حرارت ورودی تشکیل کاربید کروم در سمت فولاد 316 و ناحیه نرم شدگی و افت سختی را در سمت فولاد 4340 نشان داد. در بخش دیگری از این پژوهش جوشکاری غیر متشابه فولادهای 316 و 4340 به روش پرتو الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی ها در این خصوص به اثر شدت جریان روی ابعاد جوش، بررسی میکروسکوپی و خواص مکانیکی متمرکز بود . مطابق نتایج ریز ساختار جوش مشابهت زیادی با جوش لیزر داشت و آستنیتی ریز دانه با ساختار دندریتی بود. با افزایش شدت جریان عمق و عرض جوش افزایش یافت. میزان شدت حریان بهینه 2/8 میلی آمپر بدست آمد. سرعت سرمایش برای نمونه بهینه محاسبه شد که مقدار آن 816 کلوین بر ثانیه بوده است. علاوه بر این مطالعات ریز ساختاری، رشد ستونی و هم محور را در ناحیه جوش نشان داد . نتایج آزمون کشش شکست در فلز پایه 316 را در نمونه بهینه نشان داد و نتایج شکست نگاری سطح شکست حفره ای را نشان داد که نشانگر شکست نرم است. نتایج سختی سنجی نشان داد که با افزایش شدت جریان و شکل گیری ناحیه نرم شدگی در HAZ سمت فولاد 4340 سختی در این ناحیه افت نموده است.
- Abstract
- In this investigation, laser welding of 316L and AISI 4340 steel is studied. Studies are focused on the effects of laser parameters on the depth and width of the welds. The results show that increasing in pulse energy and frequency will increase the weld depth and the weld width. The calculation of effective peak power density related to the welded joints results in optimum operating welding parameters with full penetration and proper dimensions and strengths. The tensile strength values of the full penetrated weldments are greater than the tensile strength values of AISI 316 base metal. The hardness tests results are in good agreement with tensile tests results. The effects of laser parameters on weld grain size and HAZ size and were investigated. The results show that the weld grain size and HAZ size increases with pulse energy and frequency. Moreover the investigations carried out to study the microstructure properties. The weld microstructures & Heat affected zone (HAZ) were investigated. The results showed the austenitic microstructures in all samples. The HAZ sizes were changed by changing the heat input and the 316L sides showed larger HAZ. The cooling rates were calculated by measuring solidification dendrite arm spacing. The results show that high cooling rates lead to austenitic microstructure. In the other parts, dissimilar electron beam welding of 316L austenitic stainless steel and AISI 4340 low alloy high strength steel has been studied. Studies are focused on effect of beam current on weld geometry, optical and scanning electron microscopy, x-ray diffraction of the weld microstructures and heat affected zone. The results showed that the increase of beam current led to increasing depths and widths of the welds. The optimum beam current was 2.8 mA which shows full penetration with minimum width. The cooling rates were calculated for optimum sample by measuring secondary dendrite arm space and the results show that high cooling rates lead to austenitic microstructure. Moreover, the metallography result shows the columnar and equiaxed austenitic microstructures in weld zone. A comparison of HAZ widths depicts the wider HAZ in the 316L side. The tensile tests results showed that the optimum sample fractured from base metal in AISI 316L side with the UTS values much greater than the other samples. Moreover, the fractography study presents the weld cross sections with dimples resembling ductile fracture. The hardness results showed that the increase of the beam current led to the formation of a wide softening zone as HAZ in AISI 4340 side. Keywords: AISI 316; AISI 4340; Laser welding; Pulse energy; Pulse time; Pulse frequency; Microstructure; HAZ; Tensile test, Microhardness
