بررسی ریز ساختار و خواص مکانیکی ناحیه اتصال فولاد ساده کربنی جوشکاری شده با فرایند FCAW و مقایسه با فرایند GMAW

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

نوید خدابنده لو ¹ (مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران)
حامد ثابت ² (مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران دانشیار گروه مهندسی مواد و متالورژی، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران)

تاریخ دریافت : 1395/03/19 تاریخ پذیرش : 1396/12/10 تاریخ انتشار : 1396/12/01

کلید واژه: فریت سوزنی, ضخامت, فولاد St-37, GMAW, FCAW,

چکیده مقاله :

در این تحقیق نمونه‫های از فولاد St37 با دو ضخامت 4 و 8 میلی­متر با دو روش جوشکاری GMAW و FCAW جوشکاری شدند. نمونه‎ها با استفاده از سیم جوش­های توپر و توپودری به ترتیب برای جوشکاری GMAW و FCAW با ترکیب شیمیایی نزدیک به هم اتصال داده شد. به­منظور بررسی ریزساختار اتصال از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیز EDS استفاده شد. تصاویر میکروسکوپ نوری نشان داد، با افزایش ضخامت در هر دو روش جوشکاری از میزان فریت سوزنی در ساختار منطقه جوش کاسته شده و بر مقدار فازهای ویدمن اشتاتن و فریت مرزدانه‌ای افزوده می‍شود. همچنین در فرآیند FCAW به علت مکان­های مستعد جوانه­زنی و تشکیل فریت سوزنی بیش­تر نسبت به فرآیند GMAW، خواص مکانیکی بهتری مشاهده شد. نتایج حاصل از آزمون کشش نشان داد، بیش­ترین مقدار خواص کششی در نمونه به ضخامت 4 میلی­متر و با روش جوشکاری FCAW به‫دست می‫آید. نتایج حاصل از آزمون سختی سنجی نشان داد، بیش­ترین مقدار سختی در منطقه جوش و متاثر مربوط به نمونه‫ با ضخامت 4 میلی‫متر و جوشکاری شده با روش FCAW است. از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی کم­ترین میزان آخال در منطقه جوش، در نمونه با ضخامت 4 میلی­متر و جوشکاری شده توسط روش GMAW مشاهده شد. نتایج حاصل از شکست نگاری نمونه­های آزمون ضربه نشان داد، با افزایش ضخامت ورق در هر دو روش جوشکاری سطح شکست نمونه‍ها، ویژگی‍های یک شکست ترد را از خود نشان می‍دهد.

چکیده انگلیسی:

In this study, samples of carbon steel St37 was junction with thickness of 4 and 8 mm by two process GMAW and FCAW welding methods. The samples was junction by using solid wires and flux cored for welding GMAW and FCAW respectively, to near the chemical composition connected. Evaluation of microstructure was performed by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) with EDS analysis. The results showed that, with increasing the thickness of the Ferrite circulators content reduced in the Weld zone and the amount Weidman Ashton ferrite and grain boundary ferrite phases increased. Also in the FCAW process due to potential areas for nucleation sites and the formation of Ferrite circulators than the process GMAW, better mechanical properties was observed. The results of the tensile test showed the highest the amount of tensile properties in the sample thickness of 4 mm and obtained in welded by FCAW method. Hardness test results showed, highest the amount of hardness in welding and heat affected zone related to sample with thickness 4 mm and is welded by FCAW method. SEM images were showed, the amount of inclusions and cavities weld metal was FCAW more of GMAW method. Images SEM showed that the impact test samples with the increase in thickness in both welding methods the fracture surfaces, fracture but also show evidence of brittle behavior as well.

منابع و مأخذ:

1- J. Slania, B. Slazak, M. Fidali, "Application of fast Fourier transform (FFT) in the analysis of a welding current instantaneous values waveforms during welding with a covered electrode ", Arch. Metall. Mater, Vol. 59 , Pp. 569-573, 2014.

2- M. Q. Abdillah, "Effect of Welding Parameters on Mechanical Properties of Welded Carbon Steel", Thesis Submitted in Fulfilment of the Requirement for the Award of the Degree of Bachelor of Mechanical Engineering, University of Malaysia Pahang, 2012.

 3- C. M.Starling, P. J. Modenesi, T. M. D. Borba, "Bead Characterization of Fcaw of A Rutilic Fluxed Core Wire", J. Welding International, Vol. 25, Pp. 825–837, 2011.

4- M. Ebrahimnia, M. Goodarzi, M. Nouri, M. Sheikhi, "Study of the Effect of Shielding Gas Composition on the Mechanical Weld Properties of Steel St 37-2 in Gas Metal Arc Welding", J. Materials And Design, Vol. 30, Pp. 3891–3895, 2009.

5- K. Easterling, "Introduction to the Physical Metallurgy of Welding", 2^nd Ed, Butterworth-Heinemann Ltd, 1992.

6- M. B. Chennaiah, P. N. Kumar, K. P. Rao, "Effect of Heat Input and Heat Treatment on the Mechanical Properties of Is2062-Is103 Cr 1Steel Weldments", J. of Advances in Materials Science And Engineering, Vol. 4, Pp. 17-24, 2015.

7- P. L. Mangonon, and M. A. Mahimkar, "A Three Dimensional Heat Transfer Finite Element Model of Submerged Arc Welding of HSLA Steels ", Proc.1st International Conf. Trends in Welding Research, pp 35-46, 1986.

8- A. R. Bahman and E. Alialhosseini, "Change in Hardness, Yield Strength and uts of Welded Joints Produced In St37 Grade Steel", J. Science and Technology Vol. 3, Pp. 1162-1164, 2010.          

9- M. Suhaid,  M. F. Hasan, P. K. Bharti, "Effect of Welding Speed, Current and Voltage on Mechanical Properties of Underwater Welded Mild Steel Specimen (C, Mn, Si) with insulated electrode E6013", J. Mechanical Engineering, Vol. 4, Pp. 120-124, 2014.

10- W. Pang, "The Structure and Properties of Heat Affected Zone of Structural Plate Steels welded by high productivity processes", ph. D. Thesis University of  Philosophy, University of Wollongong, 1993.

11- S. P. Tewari, A. Gupta, J. Prakash, "Effect of Welding Parameters on the Weldability of Material", J. Engineering Science and Technology, Vol. 2, Pp. 512-516, 2010.

12- R. Gadallah, R. Fahmy, T. Khalifa, A. Sadek, "Influence of Shielding Gas Composition on the Properties of Flux-Cored Arc Welds of Plain Carbon Steel", J. Engineering and Technology Innovation, Vol. 2, Pp. 1-12, 2012.

13- A. Lesnewich, "Influence of Welding on Steel Weldment Soundness", Welding, Brazing & Soldering, ASM Handbook; Vol. 6, 4th Ed, ASM International, Pp. 408-415, 1997.

14- G. H. Majzoobi, R. Seifi, S. Ali-akbar, "Experimental and Numerical Study of Temperature Distribution and Determination of Residual Stresses Due to Welding of Plates", Journal of Modeling in Engineering, Vol.9, No.27, Pp. 49-59, 2012.

15- L. Kolarik, M. Kolarikova, P. Vondrous, R. Hrabina, "The Choice of Parameters for Welding of Steel S355nl ", Annals of Daaam for 2012 & Proceedings of The 23rd International Daaam Symposium, Vol. 23, 2012.

16- ASM Handbook: Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys, Vol. 1, 1991.

17- AWS handbooks , Metals and their weldability , vol 4 , 1976. seventh edition ,pp 2-77.

18- S. S. Babu, "The mechanism of acicular ferrite in weld deposits", J. Current Opinion in Solid State and Materials Science, Vol. 8, Pp. 267–278, 2004.

19- ج. سماوی، ع. ر. اکبرزاده، ع. ا. اکبری، "بهینه سازی پارامتری برای استحکام جوش در جوشکاری مقاومتی با استفاده از روش تاگوچی"، هفتمین همایش ملی مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر، خمینی شهر، اسفند 1393.

20- S. Berge, "The Effect of Plate Thickness in Fatigue of Welds ", J. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 21, Pp. 423-435, 1985.

21- ش. شفیع نیا، ش. میردامادی، ح. ثابت، س. امیرآبادی زاده، "تعیین مقدار بهینه عنصر بور موثر بر انرژی ضربه در دماهای پایین فلز جوش فولاد ساده کربنی جوشکاری شده به روش"، نشریه مواد نوین، جلد 6، شماره 1، ص 19-36، پاییز 1394.