بررسی اثر متغیرهای جوشکاری لیزر ضربانی بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن آستنیتی L۳۱۶ با استفاده از روش المان محدود (FEM)

در این پژوهش ، از جوشکاری لیزر Nd:YAG ضربانی با توان متوسط ۹۰ وات، بسامد ۸ هرتز، پهنای زمانی ضربان ۴میلی ثانیه و با اعمال سرعت جوشکاری متغیر ۵/۰، ۱ ، ۲ میلی متر بر ثانیه و ولتاژهای ۴۴۰، ۴۶۰ و ۴۸۰ ولت استفاده شد. همچنین در این پژوهش ورق فولاد زنگ نزن L۳۱۶ با ضخامت ۱ میلی متر به کار گرفته شد. همچنین برای تحلیل های ترمودینامیکی از مدل سه بعدی به روش المان محدود (FEM) با کمک نرم افزار شبیه سازی SYSWELD استفاده شد. نتایج شبیه سازی تطابق بالای ۹۰ درصد را با دادههای تجربی نشان داد. تجزیه و تحلیل متالوگرافی ثابت می کند که مدل ساختار دانه جوش های پرتو لیزر را با دقت مناسب پیش بینی می کند. این مدل ابعاد ناحیه جوش، شکل و اندازه ساختار دانه حوضچه جوش را به عنوان تابعی از ولتاژ و سرعت جوشکاری توصیف می کند. با بررسی انجام شده مشخص شد که ، هندسه جوش با افزایش ولتاژ و کاهش سرعت جوشکاری افزایش یافت . همچنین افزایش ولتاژ باعث کاهش شیب حرارتی شد. و در سرعت های ثابت باعث تشکیل ریزساختارهای هم محور شد. افزایش سرعت جوشکاری منجر به تشکیل ساختار هم محور همچنین ظریف تر شدن ریزساختار شد. سختی نمونه ها در ناحیه جوش بیشتر از سختی فلز پایه بود. کاهش ولتاژ و افزایش سرعت جوشکاری باعث کاهش حرارتورودی و جلوگیری از رشد دندریت ها شد که این امر به افزایش سختی منجر شد. این یافته ها چگونگی بهینه سازی فرآیندهای جوشکاری لیزر را به کمک روش المان محدود به منظور به دست آوردن ساختار دانه دندریتی هم محور و چگونگی کاهش اندازه دانه با استفاده از متغیرهای جوشکاری لیزر توضیح می دهد.

کلیدواژه ها:

فولاد زنگ نزن L۳۱۶ ، جوشکاری لیزر Nd:YAG ، شیب حرارتی (G) ، سرعت رشد (R) ، دندریت های ستونی و هم محور ، المان محدود (FEM)