جوش پذیری فولاد ضد زنگ PH17-4 با لیزر Nd:YAG

نشان دادن جوش­ پذیری فولاد ضد زنگ PH17-4 با استفاده از جوش لیزر Nd:YAG ، فولاد ضد زنگ PH17-4 یکی از پرکاربردترین فولادهای ضد زنگ می ­باشد که به دلیل استحکام و مقاومت بالا نسبت به خوردگی سبب بکارگیری آن در صنایع نفتی، گازی، نظامی، هوافضا، دریایی و نیروگاه­ های هسته ­ای شده است. این فولاد حاوی ۳ تا ۵ درصد وزنی مس است.

با توجه به گزارش­ های صورت گرفته جوش­ پذیری این آلیاژ با روش جوشکاری قوس الکتریکی و GTAW قابل انجام می­ باشد اما در این روش ­ها گرمای ورودی زیاد و احتمال اعوجاج به خصوص در قطعات ضخیم بسیار بالا می­ باشد؛ از طرف دیگر به دلیل اینکه در این نوع فولاد نه فلز جوش و نه فلز پایه داکتیلیته و ضربه­ پذیری فولادهای زنگ نزن آستینی را ندارند، باید مانع از افزایش تنش در هنگام جوشکاری شد. یکی از روش­ های کاهش تنش استفاده از فرآیندهای جوشکاری با دانسیته انرژی بالا مانند لیزر می­ باشد. جوشکاری با استفاده از پرتوی لیزر در مقایسه با سایر روش­ های جوشکاری دارای مزایای زیادی هم چون ورودی گرمای کم در نتیجه اعوجاج کمتر، سرعت جوشکاری بالا، عمق نفوذ بیشتر و اتوماسیون راحت­ تر می ­باشد.

در حال حاضر جوشکاری با استفاده از لیزر Nd:YAG یکی از متداول ­ترین روش­ های جوشکاری لیزری می­ باشد که در صورت بهینه­ سازی پارامترهای فرآیند، قابلیت جوش­ های باکیفیت برای گستره وسیعی از فلزات و آلیاژها را دارا است. مشخصه جوش ­های ایجاد شده توسط لیزر پالسی، نرخ سرمایش بالا، ناحیه متاثر از حرارت کمینه و مجموع گرمای ورودی کم به قطعه می ­باشد.

با این وجود سرعت بسیار بالای سرد شدن فلز جوش پس از جوشکاری پرتو لیزر، تشکیل مارتنزیت تمپر نشده را در این آلیاژ در پی داشته که چنین ساختاری به همراه مهار انقباضی جوش، تنش­ های کششی را در ناحیه اتصال ایجاد کرده که ممکن سبب شروع ترک در ناحیه ذوب­، حین انجماد فلز جوش پس از جوشکاری گردد؛ با توجه به این موضوع بهینه­ سازی پارامترهای فرآیند جوشکاری پرتو لیزر برای به حداقل رساندن حساسیت قطعه به ترک خوردن ضروری می­ سازد.

حضور فاز فریت در فلز جوش می ­تواند به مقدار قابل توجهی مقاومت به ترک خوردن انجمادی جوش را افزایش دهد که این اثر مفید مربوط به پروسه انجماد می­ باشد. لازم به ذکر است آلیاژهایی که در آنها فاز اولیه انجماد فریت دلتا می­ باشد نسبت به آلیاژهایی که فاز اوایه انجماد در آنها آستنیت می­ باشد، در مقابل ترک­ خوردگی انجمادی مقاوم­ تر می­ باشند.

روش آزمایش جوش پذیری فولاد ضد زنگ PH17-4 با لیزر Nd:YAG

برای نشان دادن جوش پذیری فولاد ضد زنگ PH17-4 با لیزر Nd:YAG بر روی آن آزمایش زیر را انجام می­ دهیم:

در ابتدا ورقی از جنس این فولاد به ابعاد ۹*۱۵۰*۳۰۰ میلی متر در حالت اولیه فراپیر شده، در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد به مدت ۳۰ دقیقه تحت عملیات آنیل انحلالی قرار گرفت و سپس در هوا سرد، سپس تسمه ­ای از نمونه آنیل شده به ابعاد ۴*۲۰*۹۵ میلی متر برای جوشکاری پاس روی آن آماده­ سازی گردیده است. جهت انجام جوشکاری پاس روی ورق از دستگاه لیزر Nd:YAG پالسی با حداکثر توان ۱۰ کیلووات، حداکثر توان متوسط ۳۰۰ وات و حداکثر انرژی ۱۰۰ ژول استفاده شده است. جوشکاری به صورت خودزا بوده و در حین جوشکاری از گاز محافظ آرگون با دبی ۱۰ Lit/min و خلوص ۹۹/۹۹% برای حفاظت از حوضچه جوش استفاده گریده است.

پس از انجام آزمایش بالا نتایج ذیل حاصل گردید:

• نرخ ­های سرمایش بالا پس از جوش کاری به صورت جزئی از تبدیل فریت دلتا به آستنیت جلوگیری نموده و ریز ساختار فلز جوش در دمای محیط حاوی فریت داتای بین دندریتی در زمینه مارتنزیت می ­باشد.
• در این آزمایش پارامتر قله توان ۵.۸۰ کیلووات، فرکانس ۳ هرتز، پهنای پالس ۱۸ میلی ثانیه و سرعت جوشکاری ۰.۲ میلی متر بر ثانیه با جوش سالم (عدم وجود حفره و ترک) با عمق نفوذ ۲۴۶۰ میکرومتر در فولاد ضد زنگ PH17-4 به دست آمد.