مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

‌ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال لبه‌ روی ‌هم آلومینیم به فولاد روکش‌شده با آلومینیم با فرآیند جوشکاری قوسی الکترود تنگستنی-گاز

نویسندگان
دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شریف
چکیده
ورق‌های آلیاژ آلومینیم H34-5052 و ورق‌های فولاد 12-St روکش‌شده با آلومینیم 1050 (با ضخامت پوشش 1mm) به روش جوشکاری قوسی الکترود تنگستنی-گاز (GTAW) با طرح اتصال لبه ‌روی ‌هم در سه جریان جوشکاری 80، 100 و 120 آمپر با استفاده از فلز پرکننده 4047-ER (Al-Si) متصل شدند. اثر جریان جوشکاری بر ریزساختار جوش، لایه‌ی ترکیبات بین‌فلزی و استحکام کششی اتصالات بررسی شد. برای مطالعات ریزساختاری از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز طیف سنجی تفرق انرژی (EDS) استفاده شد و استحکام کششی اتصالات از آزمون‌ کشش-برش بدست آمد. نتایج نشان داد که در تمام نمونه‌ها یک لایه‌ی واکنشی شامل دو فاز بین‌فلزی Al5Fe2 و Al3Fe در فصل‌مشترک فلز پایه فولاد 12-St با لایه پوشش آلومینیم 1050 در زیر محل جوش به‌صورت پیوسته تشکیل شده است. حداکثر میانگین ضخامت لایه‌ی واکنشی mµ 5/3~ بدست آمد که به‌نظر می‌رسد حضور لایه پوشش آلومینیم 1050 مانع رشد بیش از حد لایه ترکیبات بین‌فلزی Al-Fe شده ‌است. با افزایش جریان جوشکاری، استحکام کششی اتصال به‌صورت تقریبا خطی کاهش می‌یابد و فاصله بازوهای اولیه دندریتی α-Al افزایش یافته و توزیع فازهای یوتکتیک‌های Al-Si غیریکنواخت شده ‌است. در نتیجه رشد ترک را تسهیل کرده و نیروی شکست کاهش می‌یابد. حداکثر استحکام کششی در اتصالات معادل 190MPa ~ بدست آمد که %80~ استحکام کششی فلز پایه آلیاژ آلومینیم 34H-5052 می‌باشد. درحین آزمون کشش-برش شکست همه نمونه‌ها با زاویه °70~ از سطح آلومینیم 1050 گسترش یافت. تجزیه و تحلیل تنش در جوش نشان داد که شکست در جوش عمدتا با حداکثر تنش نرمال کنترل می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Microstructure and mechanical properties of aluminum to aluminum clad steel lap joint using gas tungsten arc welding process

نویسندگان English

Abbas Hasanniah
Mojtaba Movahedi
Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology
چکیده English

The 5052 aluminum alloy was lap joined to Al-1050 clad steel sheet (with Al-1050 thickness of 1mm) using gas tungsten arc welding (GTAW) process with 4047 Al-Si filler metal at the welding currents of 80, 100 and 120 A. Effect of welding current was studied on the weld microstructure, intermetallic compounds layer and tensile strength of the joints. Microstructural studies were done using optical and scanning electron microscopes (SEM) equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS) and tensile strength of the joints was determined by shear-tensile test. Results shows that the reaction layer included two Al3Fe and Al5Fe2 intermetallic phases formed at the interface of the St-12 base sheet and Al-1050 clad layer. Maximum average thickness of the reaction layer was ~3.5 µm .It seems that presence of Al-1050 layer prevents excessive growth of Al-Fe intermetallic layer. The joint tensile strength decreased almost linearly by enhancement of the welding current and the primary α-Al dendrite arm spacing increased and Al-Si eutectics were distributed more uniformly. As a result, the crack easily grows and fracture force reduces. The maximum tensile strength of the joints reached to ~190 MPa, i.e. ~80% of 5052-H34 aluminum base metal strength. During the shear-tensile test, fracture in all the joints was started from the root of the weld and then propagated inside the weld metal with an angle of ~70 with respect to the Al-1050 base sheet. Stress analysis in weld showed that fracture in the joint was controlled predominantly by the maximum normal stress.

کلیدواژه‌ها English

Aluminum clad steel
GTAW
Intermetallic compounds
Shear-tensile test
Stress Analysis