بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی فلز جوش فولاد A516-Gr70 در حضور TiO2 به روش SAW

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

رضا امینی نجف آبادی ¹ (استادیار گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان، ایران)
عباس اسدی ² (دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان، ایران)

تاریخ دریافت : 1399/12/17 تاریخ پذیرش : 1400/11/18 تاریخ انتشار : 1400/09/01

کلید واژه: فریت سوزنی, جوشکاری قوس زیرپودری, فولاد A516, پودر TiO2, چقرمگی ضربه,

چکیده مقاله :

چکیده
مقدمه: فولاد ASTM A516 یک فولاد کربن-منگنز یا فریتی که دارای شکل پذیری، جوش پذیری و چقرمگی بالایی است. بر اساس مشخصات ASTM این فولاد در مخازن تحت فشار استفاده می شود و برای کاربردهای در دمای پایین که در آن چقرمگی مهم است کاربرد دارد. در این پژوهش تاثیر میزان پودر دی­اکسید تیتانیم بر خواص مکانیکی جوش فولاد A516-Gr.70 ایجاد شده به روش جوشکاری قوس زیرپودری مورد بررسی قرار گرفت.
روش­: مشخصات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز عنصری EDS و پراش اشعه ایکس و خواص مکانیکی فولادهای جوشکاری شده با انجام آزمون کشش، سختی و ضربه بررسی شد.
یافته­ها: بررسی‌های ریزساختاری نیز نشان داد که با افزایش مقدار TiO2 مقدار فریت سوزنی درون ساختار افزایش می‌یابد. همچنین مشخص شد که با تغییر مقدار پودر TiO2 استحکام تسلیم و کششی و ازدیاد طول نمونه‌ها تغییر چندانی نمی‌کند چرا که نمونه‌های شکسته شده از قسمت فلز پایه همان استحکام فلز پایه را نشان می‌دهد. مقدار استحکام تس
لیم نمونه‌ها بین MPa 420 و MPa 441 است که در محدوده مجاز استاندارد (حداقل MPa 260) قرار دارد. همچنین مشاهده شد که استحکام کششی نهایی در محدوده MPa 550 تا MPa 565 قرار دارد که با مقادیر استاندارد (MPa 620-485) هم‌خوانی دارد. نتایج تست ضربه نشان داد که تافنس فلز جوش با افزایش مقدار TiO₂ از صفر تا 54/27 گرم، از 80 ژول به 128 ژول افزایش می‌یابد. سختی فلز جوش نیز با افزایش مقدار TiO₂ از صفر تا 54/27 گرم، از 190 ویکرز به 169 ویکرز کاهش یافت.
نتیجه ­گیری: نتایج نشان داد استفاده از پودر TiO2 منجر به بهبود خواص مکانیکی به خصوص مقاومت به شکست در فلز جوش می­شود.

چکیده انگلیسی:

The effect of adding TiO2 powder to flux in the submerged arc welding process on the microstructure and mechanical properties of steel ASTM A516-Gr.70 was investigated in this research. Microstructural properties have been studied by using the Optical microscope, Scanning Electron microscope, EDS Elemental analysis and X-ray diffraction. Mechanical properties of welding steels were investigated by tensile, hardness and impact tests. Generally, The microstructural investigation, also exhibited that, increasing of TiO2 content cause to increase acicular ferrite in the structure. It has found that the yield strength, UTS and elongation will not show a significant change by variation of TiO2 powder content, because of the broken samples of the metal base, exhibited the same metal base strength. The yield strength of samples is from 420 MPa to 441 MPa, which is in allowed standard range (at least 260 MPa). Also, it has been observed that the ultimate tensile strength is in 550 MPa to 565 MPa range which conforms to standard values (485-620 MPa). The results of impact test showed that welded metal toughness increased from 80 joules to 128 joules by increasing tiO2 from 0 to 27.54 gr. Also, in the case of weld metal hardness, by increasing of TiO2 from 0 to 27.54 gr, it decreases from 190 to 169 Vickers. The results showed that the use of TiO2 powder leads to improvement of mechanical properties, especially failure resistance in welded metal.

منابع و مأخذ:

1. I. H. Committee and D. L. Olson, ASM handbook: Welding, brazing, and soldering. ASM International, 1993.


2. P. Kumaresh Babu and S. Natarajan, "Influence of heat input on high temperature
   
   weldment corrosion in submerged arc welded power plant carbon steel," Materials & Design, vol. 29, no. 5, pp. 1036-1042, 2008.


3. Peasura, "Investigation of the Effects of Submerged Arc Welding Process Parameters on the Mechanical Properties of Pressure Vessel Steel ASTM A283 Grade A," Journal of Engineering, vol. 2017, pp. 1-8, 2017.


4. Beidokhti, A. H. Koukabi, and A. Dolati, "Influences of titanium and manganese on high strength low alloy SAW weld metal properties," Materials Characterization, vol. 60, no. 3, pp. 225-233, 2009.


5. K. Parwar, J. D. Barma, and A. Majumder, "Study of the Effect of Inclusion of TiO2 in Active Flux on Submerged Arc Welding of Low Carbon Mild Steel Plate and Parametric Optimization of the Process by Using DEA Based Bat Algorithm," World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering, vol. 9, no. 6, pp. 698-703, 2015.


6. Singh, Z. A. Khan, A. N. Siddiquee, and S. Maheshwari, "Effect of CaF 2 , FeMn and NiO additions on impact strength and hardness in submerged arc welding using developed agglomerated fluxes," Journal of Alloys and Compounds, vol. 667, pp. 158-169, 2016.


7. f. Y. J. Pu, and Y. y. Li, "Effects of Zr-Ti on the microstructure and properties of flux aided backing submerged arc weld metals," Alloys and Compounds, vol. 692, no. 351-358, 2017.


8. -s. Bang, C. Park, H.-c. Jung, and J.-b. Lee, "Effects of flux composition on the element transfer and mechanical properties of weld metal in submerged arc welding," Metals and Materials International, vol. 15, no. 3, pp. 471-477, 2009.


9. Hall, "The Effect of Welding Speed on The Properties of ASME SA516 Grade 70 Steel," MSc, Department of Mechanical Engineering University of Saskatchewan Canada, 2010.


10. Weman, "10 - Submerged arc welding," in Welding Processes Handbook (Second edition), ed: Woodhead Publishing, pp. 105-117 , 2012.


11. ASTM A516 / A516M-05, Standard Specification for Pressure Vessel Plates, Carbon Steel, for Moderate- and Lower-Temperature Service, 2005.


12. M. Deen, R. Ahmad, I. H. Khan, and Z. Farahat, "Microstructural study and electrochemical behavior of low alloy steel weldment," Materials & Design, vol. 31, pp. 3051-3055, 2010.


13. A. Farrar and P. L. Harrison, "Acicular ferrite in carbon-manganese weld metals: An overview," Journal of Materials Science, journal article vol. 22, no. 11, pp. 3812-3820, November 01 1987.


14. Amanie, I. N. A. Oguocha, and S. Yannacopoulos, "Effect of submerged arc welding parameters on microstructure of SA516 steel weld metal," Canadian Metallurgical Quarterly, vol. 51, no. 1, pp. 48-57, 2013.


15. S. Babu, "The mechanism of acicular ferrite in weld deposits," Current Opinion in Solid State and Materials Science, vol. 8, no. 3, pp. 267-278, 2004/06/01/ 2004.


16. D. Pandey, A. Bharti, S.R. Gupta, "Effect of submerged arc welding parameters and fluxes on element transfer behaviour and weld-metal chemistry", Journal of Materials Processing Technology, V.40, pp. 195-211, 1994.