ارزیابی حرارت ورودی بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی اتصال آلیاژ آلومینیم 7020-T6 در جوشکاری TIG

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

• محمد علیپور بهزادی
• خلیل رنجبر
• رضا دهملایی

دانشگاه شهید چمران اهواز

10.22067/ma.v31i1.67083

چکیده

در این پژوهش از فرایند جوشکاری TIG با جریان پالسی و ثابت برای اتصال آلیاژ آلومینیم 7020-T6 استفاده شد. تأثیر شدّت‌جریان (حرارت ورودی) بر ریزساختار و خواص مکانیکی نمونه‌های جوشکاری شده و همچنین تغییرات پهنای منطقۀ متأثر از حرارت، مورد بررسی قرار گرفت. به‌وسیله کاشتن ترموکوپل در ناحیه اتصال تغییرات دمایی اندازه‌گیری و مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی انجام گردید. به‌منظور بررسی دمای تشکیل رسوبات، آنالیز گرما سنجی افتراقی (DSC) انجام گردید. همچنین آزمون میکرو سختی و کشش جهت ارزیابی خواص مکانیکی به عمل آمد. بررسی‌ها نشان داد در جوشکاری TIG پالسی نسبت به TIG معمولی کاهش فراوانی در اندازۀ دانه ناحیۀ جوش صورت گرفته، ولی با افزایش حرارت ورودی اندازۀ دانه این ناحیۀ و پهنای منطقۀ متأثر از حرارت نیز افزایش نسبی یافته است. نتایج نشان داد که بر خلاف نتایج مطالعات پیشین در آلیاژهای رسوب سخت شونده، استحکام در ناحیۀ­ی جوش نسبت به فلز زمینه افزایش قابل‌توجّهی یافته است. بهبود نسبی خواص مکانیکی در ناحیه جوش علیرغم افزایش حرارت ورودی و افزایش نسبی اندازۀ دانه‌ها، به دلیل انیل انحلالی و رسوب مجدد ذرات رسوبی استحکام‌بخش در حین سرد کردن از دمای اتصال ارزیابی گردید.

کلیدواژه‌ها

• آلیاژ آلومینیم 7020-T6
• جوشکاری TIG
• حرارت ورودی
• گسترش ناحیه متاثر از حرارت
• خواص مکانیکی

---

عنوان مقاله [English]

Effect of heat input on microstructure and mechanical properties of A7020-T6 alloy joined by TIG welding

نویسندگان [English]

• Mohamad Alipour Behzadi
• Khalil Ranjbar
• Reza Dehmolaei

Shahid Chamran University of Ahvaz

چکیده [English]

In this study butt joining of 7020-T6 alloy was performed using tungsten inert gas (TIG) welding with continuous (constant) and pulsed current. Effect of heat input on microstructure and mechanical properties of the joints was investigated. Microstructural examinations were conducted using optical and scanning electron microscopy. Differential scanning calorimetry (DSC) was used to identify the precipitates phase evolution. Temperature at the welding region was recorded by inserting thermocouples. Hardness and tensile strength of the joints was evaluated. Results showed that current pulsing leads to relatively finer grain size in weld metal compare to the one welded by constant current. In either cases of constant and pulsed current, the grain size and the width of heat affected zone increased with increasing heat input. Unlike earlier studies in precipitation hardening aluminum alloys, strength of the weld metal were increased as compare to base metal in T6 condition. The enhancement in mechanical properties of weld metal was attributed to the solution annealing and re-formation of strengthening precipitates on cooling from welding temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

• A7020-T6 alloy
• TIG Welding
• Microstructural Evolution
• Heat Input
• Heat Affected Zone
• Mechanical Evolution

مراجع

[1] M.Z.Y. Mishraa.R.S, Friction Stir Welding and Processing, Materials Science and Engineering R 50 (2005) 1-78.

[2] P. Threadgill, A. Leonard, H. Shercliff, P. Withers, Friction stir welding of aluminium alloys, International Materials Reviews (2013).

[3] T. Ma, G. Den Ouden, Softening behaviour of Al–Zn–Mg alloys due to welding, Materials Science and Engineering: A 266(1) (1999) 198-204.

[4] H. Uzun, Friction stir welding of SiC particulate reinforced AA2124 aluminium alloy matrix composite, Materials & design 28(5) (2007) 1440-1446.

[5] G. Bussu, P. Irving, The role of residual stress and heat affected zone properties on fatigue crack propagation in friction stir welded 2024-T351 aluminium joints, International Journal of Fatigue 25(1) (2003) 77-88.

[6] M. Starink, A. Deschamps, S. Wang, The strength of friction stir welded and friction stir processed aluminium alloys, Scripta Materialia 58(5) (2008) 377-382.

[7] S.V.K. Kumar.k, On the role of axial load and the effect of interface position on the tensile strength of a friction stir welded aluminium alloy, Materials and Design 29(2008) (2008) 791.

[8] A. Kumar, S. Sundarrajan, Effect of welding parameters on mechanical properties and optimization of pulsed TIG welding of Al-Mg-Si alloy, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 42(1-2) (2009) 118-125.

[9] T.S. Kumar, V. Balasubramanian, S. Babu, M. Sanavullah, Effect of pulsed current GTA welding parameters on the fusion zone microstructure of AA 6061 aluminium alloy, Metals and Materials International 13(4) (2007) 345-351.

[10] T.S. Kumar, V. Balasubramanian, M. Sanavullah, Influences of pulsed current tungsten inert gas welding parameters on the tensile properties of AA 6061 aluminium alloy, Materials & design 28(7) (2007) 2080-2092.

[11] S. Babu, T.S. Kumar, V. Balasubramanian, Optimizing pulsed current gas tungsten arc welding parameters of AA6061 aluminium alloy using Hooke and Jeeves algorithm, Transactions of Nonferrous Metals Society of China 18(5) (2008) 1028-1036.

[12] T. Mohandas, G. Madhusudan Reddy, Effect of frequency of pulsing in gas tungsten arc welding on the microstructure and mechanical properties of titanium alloy welds: A technical note, Journal of materials science letters 15(7) (1996) 626-628.

[13] D. Shelwatkar, G.M. Reddy, A. Gokhale, Gas tungsten arc welding studies on similar and dissimilar combinations of Al-Zn-Mg alloy RDE 40 and Al-Li alloy 1441, Science and technology of welding and joining 7(6) (2002) 352-361.

[14] S. Kou, Y. Le, Nucleation mechanism and grain refining of weld metal, Weld J 65(4) (1986) 65-70.

[15] G. Govender, L. Ivanchev, D. Hope, H. Burger, G. Kunene, Comparative study on laser welding and TIG welding of semi-solid high pressure die cast A356 aluminium alloy, (2007).

[16] S. Kou, Y. Le, Grain structure and solidification cracking in oscillated arc welds of 5052 aluminum alloy, Metallurgical Transactions A 16(7) (1985) 1345-1352.

[17] S.K. Rao, G.M. Reddy, M. Kamaraj, K.P. Rao, Grain refinement through arc manipulation techniques in Al–Cu alloy GTA welds, Materials Science and Engineering: A 404(1) (2005) 227-234.

[18] F. Rui-Dong, S. Zeng-Qiang, S. Rui-Cheng, L. Ying, L. Hui-jie, L. Lei, Improvement of weld temperature distribution and mechanical properties of 7050 aluminum alloy butt joints by submerged friction stir welding, Materials & Design 32(10) (2011) 4825-4831.

[19] C. Bloem, M. Salvador, M. Vergara, V. Amigo, Aluminium 7020 alloy and its welding fatigue behaviour, INTECH Open Access Publisher2011.

[20] V. Balasubramanian, V. Ravisankar, G.M. Reddy, Effect of pulsed current welding on fatigue behaviour of high strength aluminium alloy joints, Materials & Design 29(2) (2008) 492-500.

[21] V. Balasubramanian, V. Ravisankar, G.M. Reddy, Effect of pulsed current welding on mechanical properties of high strength aluminum alloy, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 36(3-4) (2008) 254-262.

[22] G. Fu, F. Tian, H. Wang, Studies on softening of heat-affected zone of pulsed-current GMA welded Al–Zn–Mg alloy, Journal of Materials Processing Technology 180(1) (2006) 216-220.

[23] M. Nicolas, A. Deschamps, Precipitate microstructures and resulting properties of Al-Zn-Mg metal inert gas-weld heat-affected zones, Metallurgical and Materials Transactions A 35(5) (2004) 1437-1448.

[24] A.C. Munoz, G. Rückert, B. Huneau, X. Sauvage, S. Marya, Comparison of TIG welded and friction stir welded Al–4.5 Mg–0.26 Sc alloy, journal of materials processing technology 197(1) (2008) 337-343.

[25] K. Pal, S.K. Pal, Effect of pulse parameters on weld quality in pulsed gas metal arc welding: a review, Journal of Materials Engineering and Performance 20(6) (2011) 918-931.