عنوان پایان‌نامه
جوشکاری لیرز آلیاژ مس به آلیاژ
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-جوشکاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 867;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 47508
- تاریخ دفاع
- ۲۷ دی ۱۳۸۹
- دانشجو
- حسین ابراهیم زاده
- استاد راهنما
- سیدعلی اصغر اکبری موسوی
- چکیده
- چکیده اتصال آلیاژهای مس- بریلیم به آلیاژهای مغناطیسی نرم آهن- نیکل در اجزاء الکترونیکی و الکترومکانیکی، کاربرد زیادی دارد. نقطه¬ی ذوب و ضریب انتقال حرارت این آلیاژها بسیار متفاوت است. آلیاژ مغناطیسی نرم (49Ni-Fe) دارای ساختار آستنیتی و حساس به ترک¬های گرم است و آلیاژ مس- بریلیم UNS-C17300 دارای مقادیر زیادی سرب است که در جریان جوشکاری می¬تواند باعث ترک گرم در جوش شود. ابتدا تاثیر متغیرهای لیزر روی جوشکاری آلیاژ 49Ni-Fe مورد بررسی قرار گرفت و بعدا جوشکاری آلیاژ UNS-C17300 به آلیاژ 49Ni-Fe به روش¬های مختلف انحراف پرتو از فصل مشترک، کج تاباندن پرتو به ناحیه¬ی جوشکاری، پیش¬گرم کردن نمونه¬ها و جوشکاری در سرعت انجماد بالا انجام شد. در این پژوهش، از یک دستگاه لیزر Nd:YAG ضربانی با حداکثر انرژی ضربان 6 ژول، برای برقراری اتصال استفاده شد و اتصال از نوع سر به سر بود. از روش¬های متالوگرافی، آنالیز SEM، آنالیز پراش پرتو¬ X و میکروسختی سنجی برای مشاهده و بررسی نتایج استفاده شد. در مورد جوشکاری آلیاژ 49Ni-Fe نتایج نشان داد با افزایش ولتاژ و کاهش قطر پرتو در حالت متمرکز شده عمق نفوذ، ابعاد جوش و اندازه¬ی دانه افزایش می¬یابد. افزایش بسامد مشکل تورفتگی وسط مهره¬های جوش را حل می¬کند. همچنین افزایش بسامد ضربان در سرعت ثابت اگرچه گرمای ورودی را افزایش می¬دهد ولی باعث کاهش عمق نفوذ جوش می¬شود. افزایش پهنای زمانی ضربان از ایجاد حفره در داخل جوش جلوگیری می¬کند. در حوضچه¬های جوش بلند و کم عرض ترک¬های گرم ایجاد می¬شود. در مورد جوش آلیاژ UNS-C17300 به آلیاژ 49Ni-Fe نتایج نشان داد، بهترین روش برای جوشکاری این آلیاژ استفاده از روش سرعت انجماد بالا است. برای رسیدن به سرعت انجماد بالا بسامد ضربان، حداقل مقدار ممکن برای لیزر یعنی 0/2Hz انتخاب و با توجه به این بسامد سرعت 0/05mm/s به کار گرفته شد. پهنای زمانی ضربان 1/7ms برای جوشکاری درنظر گرفته شد تا مشکل ایجاد ترک¬های گرم و تخلخل در جوش حل شود. ولتاژ و قطر پرتو در ناحیه¬ی تمرکز بهینه به ترتیب 380V و 0/55mm به دست آمد. ساختار انجمادی به سرعت انجماد بستگی دارد. در سرعت کم انجماد ساختار دندریتی درشت، در سرعت انجماد متوسط ساختار سلولی و دندریتی ستونی ریز و در سرعت انجماد بالا ساختار کلونی¬های سلولی از مس در زمینه¬ی آهن- نیکلی است. بر خلاف معمول در ناحیه¬ی متاثر از حرارت فلز پایه ی مس- بریلیمی کاهش اندازه دانه¬ی چشمگیری به وقوع پیوسته است اما در فلز پایه¬ی مغناطیسی نرم 49Ni-Fe رشد اندکی در اندازه¬ی دانه به وجود آمده است. ولی با وجود ریز شدن دانه¬ها، سختی ناحیه¬ی متاثر از حرارت فلز پایه¬ی مس- بریلیمی کاهش ناچیزی یافته است. سختی نمونه¬هایی که در سرعت انجماد بالا جوشکاری شده¬اند در مقایسه با نمونه¬هایی که در سرعت انجماد کمتر جوشکاری شده¬اند، بیشتر است. کلیدواژه¬ها: جوشکاری لیزر غیرهمجنس، آلیاژ UNS-C17300، آلیاژ مغناطیسی نرم 49Ni-Fe، ترک گرم، SEM، سرعت انجماد.
- Abstract
- Abstract Joining of Copper-Beryllium alloy to soft magnetic alloys is widely used in Electrical and Electromechanical applications. Melting temperature and heat transfer coefficient of these alloys are poles apart. The structure of 49Ni-Fe soft magnetic alloy is austenitic and this alloy is prone to hot cracking. Copper-Beryllium alloy (UNS-C17300) contains high amounts of Lead which could cause hot cracking in weld during the welding process. In this research, effects of laser parameters on welding of 49Ni-Fe alloy were studied firstly. As the next step, welding of UNS-C17300 alloy to 49Ni-Fe alloy was carried out under various methods, such as deviation of the beam from interface, radiating tilted beam to welding zone, preheating the samples and welding at high solidification rates. Joining of the samples was performed by means of a Nd:YAG pulse laser device with maximum pulse energy of 6 Joules and butt joining method was selected for welding process. Metallographic techniques, Scanning Electron Microscopy, X-Ray Diffraction and micro-hardness were performed for observation and investigation of results. In 49Ni-Fe alloy welding samples, Results proved that increase in voltage or decrease in Laser beam focused diameter led to an increment in weld dimensions and grain size. Increasing frequency solved the weld crater. Although increasing pulse frequency in a constant speed increased heat input, it decreased weld penetration depth. Increasing pulse duration stopped creation of cavities inside the weld. Hot tearing was seen in cylindrical weld pools. Welding in high solidification rates proved to be the best method of connecting UNS-C17300 alloy to 49Ni-Fe alloy. To obtain high rates of solidification, pulse frequency was set to its minimum value, 0.2 Hz, which dictated welding speed of 0.05 mm/s to sufficient pulse overlap. Pulse duration of welding was set to 1.7 ms to resolve hot tearing and porosity problems. Optimum voltage and laser beam focused diameter measured 380V and 0.55 mm, respectively. Solidification microstructure depends on solidification rates. Coarse dendritic microstructure in low solidification rates, cellular microstructure and columnar dendrites in moderate solidification rates, and cellular colonies of Copper in Iron-nickel matrix in high solidification rates are the observed cases in this research. Despite usual observations, dramatic decrease in grain size was seen in heat affected zone of the Copper-Beryllium base metal while slight grain size increment was observed in soft magnetic 49Ni-Fe base metal. Notwithstanding grain refinement, heat affected zone hardness of Copper-Beryllium matrix faced negligible decrement. High solidification rate welded samples show higher hardness than samples welded by lower solidification rates. Key words: Dissimilar laser welding, UNS-C17300 alloy, 49Ni-Fe soft magnetic alloy, Hot cracking, SEM, Solidification rate.
