مطالعه ريزساختاري و خواص مكانيكي اتصالات ليزري غيرمشابه بين فولاد زنگ‌نزن فريتي 430 و فولاد زنگ‌نزن دوفازي 2304 با هدف بهينه‌سازي نيروي شكست اتصالات

An Investigation on the Microstructure and Mechanical Properties of Dissimilar Laser Welded Joint between AISI 430 Ferritic Stainless Steel and AISI 2304 Duplex Stainless Steel in order to Optimize the Fracture Force of Joints

در اين پژوهش، به‌منظور اتصال غيرمشابه ميان ورق‌هاي فولاد زنگ‌نزن فريتي 430 و فولاد زنگ‌نزن دوفازي 2304 از فرايند جوشكاري ليزر استفاده گرديد. در ابتدا به مطالعات ريزساختاري، تحولات فازي و تغييرات خواص مكانيكي در اثر جوشكاري پرداخته شد. سپس، بهينه‌سازي پارامتر‌هاي فرايند جوشكاري ليزر با هدف بهبود خواص مكانيكي و با استفاده از روش‌هاي آماري انجام شد؛ بنابراين؛ از روش طراحي آزمايش رويه سطح با تكنيك مركب مركزي جهت بهينه‌سازي پارامتر‌هاي مؤثر فرايند شامل توان ليزر، سرعت جوشكاري و عمق فوكوس استفاده شد و پارامتر‌هاي بهينه با درنظر گرفتن پاسخي مانند نيروي شكست اتصالات، تعيين شدند. بدين منظور، از آزمايش كشش تك‌محوره براي تعيين استحكام اتصالات و از ميكروسكوپ نوري براي مشاهدات ريزساختاري و تغيير و تحولات فازي بهره گرفته شد. نتايج نشان مي‌دهد كه، با كاهش سرعت جوشكاري و افزايش توان ليزر ميزان نيروي شكست اتصالات، حداكثر تا 3587 نيوتن افزايش مي‌يابد. با توجه به نتايج تغييرات ريزساختاري، رشد دانه‌ها و وجود كاربيد‌هاي پراكنده در منطقه جوش مشاهده گرديد. همچنين تأثير حرارت ورودي ناشي از تغيير پارامتر‌هاي جوشكاري ليزر، بر روي پروفيل ريزسختي مورد بحث و بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج، حداكثر ميزان سختي در منطقه جوش نمونه‌ي با حرارت ورودي كم به‌دست آمد كه ميزان آن در حدود 332 ويكرز اندازه‌گيري شد.

Dissimilar joint between AISI 430 ferritic stainless steel and AISI 2304 duplex stainless steel was made by laser welding process. At first, microstructural and phase evolutions and also changes in mechanical properties due to the welding process were investigated. Hence, mechanical properties of weld joints were optimized using statistical methods. For this purpose, response surface methodology based on central composite design was used in order to find the optimum values of laser power, welding speed and defocusing distance and to obtain the maximum value of fracture force of joints. Uniaxial tensile test and optical microscopy were used to study the mechanical properties and structural features of weld joints, respectively. It was found that the fracture force of weld joints increases by decrease in welding speed and laser power and the maximum fracture force reached to 3587 N. Regarding microstructural evolutions studies, grain growth and presence of dispersed carbides in the fusion zone were observed. Finally, the effect of heat input on the hardness profile was evaluated and discussed. According to the result, the maximum hardness was obtained in the weld metal of the sample with low heat input and it was measured at about 332 vickers.