ريزساختار و خواص مكانيكي اتصال لبه‌ روي ‌هم آلومينيم به فولاد روكش‌شده با آلومينيم با فرآيند جوشكاري قوسي الكترود تنگستني-گاز

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

ورق‌هاي آلياژ آلومينيم H34-5052 و ورق‌هاي فولاد 12-St روكش‌شده با آلومينيم 1050 (با ضخامت پوشش 1mm) به روش جوشكاري قوسي الكترود تنگستني-گاز (GTAW) با طرح اتصال لبه ‌روي ‌هم در سه جريان جوشكاري 80، 100 و 120 آمپر با استفاده از فلز پركننده (4047-ER (Al-Si متصل شدند. اثر جريان جوشكاري بر ريزساختار جوش، لايه‌ي تركيبات بين‌ فلزي و استحكام كششي اتصالات بررسي شد. براي مطالعات ريزساختاري از ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكتروني روبشي (SEM) مجهز به آناليز طيف سنجي تفرق انرژي (EDS) استفاده شد و استحكام كششي اتصالات از آزمون‌ كشش-برش بدست آمد. نتايج نشان داد كه در تمام نمونه‌ها يك لايه‌ي واكنشي شامل دو فاز بين‌فلزي Al5Fe2 و Al3Fe در فصل‌مشترك فلز پايه فولاد 12-St با لايه پوشش آلومينيم 1050 در زير محل جوش به‌صورت پيوسته تشكيل شده است. حداكثر ميانگين ضخامت لايه‌ي واكنشي mµ 5/3~ بدست آمد كه به‌نظر مي‌رسد حضور لايه پوشش آلومينيم 1050 مانع رشد بيش از حد لايه تركيبات بين‌فلزي Al-Fe شده ‌است. با افزايش جريان جوشكاري، استحكام كششي اتصال به‌صورت تقريبا خطي كاهش مي‌يابد و فاصله بازوهاي اوليه دندريتي α-Al افزايش يافته و توزيع فازهاي يوتكتيك‌هاي Al-Si غيريكنواخت شده ‌است. در نتيجه رشد ترك را تسهيل كرده و نيروي شكست كاهش مي‌يابد. حداكثر استحكام كششي در اتصالات معادل 190MPa ~ بدست آمد كه %80~ استحكام كششي فلز پايه آلياژ آلومينيم 34H-5052 مي‌باشد. درحين آزمون كشش-برش شكست همه نمونه‌ها با زاويه °70~ از سطح آلومينيم 1050 گسترش يافت. تجزيه و تحليل تنش در جوش نشان داد كه شكست در جوش عمدتا با حداكثر تنش نرمال كنترل مي‌شود.

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.