دانلود تحقیق جوشکاری(بریزینگ)

امروزه بریزینگ بعنوان یکی از روشهای موثر در اتصال فلزات مختلف ‘ در سطح وسیعی توسط مهندسا ن مورد تحقیق وبرسی قرار گرفته است.
نتیجه عملی آن گسترش انواع روشهای بریزینگ ‘ انواع فیلر متالها ‘ انواع فلاکسها و بکارگیری
آنها در توسعه فرایند بریزینگ در اتصال فلزات مختلف بوده است .
ازجمله فلزاتی که کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله صنایع نظامی و غذایی دارد
خانواده فولادهای زنگ نزن می باشد که در نتیجه ساخت ابزارها و وسایل مختلف در این زمینه‌ها نیاز به فرایند ها ی اتصال بوجود خواهد آمد .
اهمیت موضوع فوق و در این مورد پایین بودن سطح مطالعات ‘ در کشور ما سبب شد تا
موضوع پروژه فارغ التحصیلی خود را به "بریزینگ فولادها ی زنگ نزن" اختصاص دهم .
در این پروژه به ارایه راهکارها یی در زمینه انواع روشهای بریزینگ‘ وبریزینگ انواع فولادهای زنگ نزن پرداخته شده است.
در پایان بر خود لازم می دانم تا از زحمات تمامی اساتید و بویژه استاد راهنما ‘مهنس والفی
که در به ثمر رسیدن این پروژه مرا یاری نموده اند کما ل تشکر وقدردانی را داشته باشم.
اصول بریزینگ
١.١ تعریف بریزینگ:
بریزینگ فرآیند اتصالی است که درآن فلزات جامد بافاصلهء بسیار کم توسط یک فلزمایع که
دردمای بالای C’450 ذوب می شود به یکدیگر متصل می شوند.

یک اتصال بریز محکم‘ معمولا" زمانی حاصل می شود که انتخاب آلیاژ فیلرمتال مناسب باشد
‘ سطح فلز پایه تمیز باشد ودرهنگام اعمال حرارت وجریان یافتن فیلرمتال مذاب نیز ‘ تمیز باقی
بماند وطرح اتصال مناسبی انتخاب شود .

همانند سایر فرآیندهای اتصال ‘ بریزینگ نیز یک ترتیب عملی گسترده ای رادر برمی گیرد .

بریزینگ توسط انجمن مهندسین پذیرفته شده است وهم اکنون به موفقیتها وشرایط پایا‘ بایک
زمینه جذاب رسیده است.
این شرایط در نتیجه عوامل زیر حاصل شده است :
• توسعه انواع فیلرمتالهای بریزینگ
• قابل دسترس بودن فرمها واشکال جدید فیلرمتالها
• گسترش استفاده ازبریزینگ کوره ای تحت خلاء ‘ گاز خنثی یا گاز فعال
٢.

١قواعد فیزیکی :
جریان موینگی یک پدیده فیزیکی غالبی است که عمل برزینگ وقتی سطوح اتصال توسط فیلرمتال ذوب شده خیس می شوند بخوبی ومطمئن صورت می گیرد.

فاصله اتصال باید مناسب درنظر گرفته شود تا اجازه دهد عمل موینگی وامتزاج بطور موثری
انجام پذیرد .

اساسا" موینگی حاصل جذب نسبی مولکولهای مایع نسبت بهم ونسبت به مولکولهای جامد است .

درحالت واقعی ‘ خصوصیات جریان فیلرمتال متاثر ازشرایط دینامیکی است که شامل سیالیت ‘ ویسکوزیته ‘فشاربخار ‘ جاذبه و بویژه تاثیرات عکس العملهای متالوژِیکی بین فیلرمتال وفلزپایه می باشد .هنگامی که محل اتصال بخوبی طراحی شده باشد جذب موینگی به تنهایی‘ سبب جریان یافتن فیلرمتال بداخل درز اتصال می شود وهیچگونه خلل وفرجی تحت اتمسفر محافظ پدید نمی آید .

جذب موینگی یک نیروی فیزیکی است که برعکس العمل بین مایع وسطوح جامد درنواحی محدود وکوچک غلبه می کند .

شاید بتوان پدیده خیس کنندگی را با مثال زیر بهتر توضیح داد.اگر جامدی در وان که حاوی یک سیال است غوطه ور سازیم و خیس کنندگی اتفاق بیفتد ‘پس از آنکه انرا خارج می کنیم یک لایه نازک و پیوسته ای از مایع روی سطح جامد قرار می گیرد (شکل شماره 1-1 ).

شکل1-1:شماتیکی از اصول حاکم بر جذب مویینگی
.a زمانی که لوله داخل آب قرار داده شده است.
مایع داخل ظرف جیوه است.

b

طبق اصول فنی نیروی چسبندگی بین جامد ومایع بیشتر از نیروی کشش سطحی مایع است.
عملا" در رابطه با بریزینگ ‘ پدیده خیس کنندگی است که بجای آنکه فیلر متال مایع روی سطح جامد بغلتد سبب می شود به درون فلز پایه حرکت کند.

نشان داده شده است که خیس کنندگی عملا" بستگی به آلیاژ فلز پایه وفیلرمتال بریزینگ دارد.به عنوان مثال سرب باآهن تشکیل آلیاژ نمی دهد وآنرا خیس نمی کند.

در عوض قلع آهن را خیس میکند وبا آن تشکیل آلیاژ می دهدومی توان لحیم کاری قلع – سرب را انجام داد.

بطور تجربی مشاهده شده است که وقتی مایعات روی سطح جامد قرار می گیرند آنرا بطور کامل خیس نمی کنند .

بلکه مانند یک قطره باقی می ماند که یک زاویه تماس مشخصی بین فازهای مایع وجامد می سازد .
این وضعیت درشکل شماره ( 1-2 ) نمایش داده شده است.

شکل1-2اثر انرژی سطحی بر روی قطرات شکل 1-3: جهت فلشها نشانگر جهت انرژی سطحی سیستم است a:زمانی که زاویه تماس بزرگتر از 90 است ‘در این حالت هیچ خیس کنندگی وجود ندارد.

b:زاویه تماس کوچکتر از 90 ‘خیس کنندگی حاصل میشود معادله یانگ و دوپر (معادله1) نشان دهنده تغییرات انرژی آزاد سطحی ‘‘به همراه تغییرات کوچک در سطح جامد پوشیده شده است.

بنابراین: (معادله 1 ): در صورتیکه : : انرژی سطحی بین مایع و بخار : انرژی سطحی مایع وجامد :انرژی سطحی جامد وبخار (معدله 2) (معدله 3) (معدله 4) (معدله 5) درمعادله 4 و 5 دیده می شود که وقتی بزرگتر است از مقدار نیز از90 بیشترمی شود وهمان طور که درشکل 2 دیده می شود قطرات مایع بسمت کروی شدن تمایل پیدا می کنند.

دراین حالت کمترین میزان خیس کنند گی وجود دارد .وبالعکس زمانی که زاویه کوچکتر از90 است قطرات مایع پهن تر می شوند ومیزان‌خیس کنندگی جامد افزایش می یابد ( در صفر درجه رادیان ) بیشترین میزان خیس کنندگی‌وجود دارد .

این موضوع نشان دهندهء اهمیت انرژی سطحی دربریزینگ است .

اگرفیلرمتال بریزینگ‌بخواهد یک اتصال خوبی را شکل دهد باید بتواند ماده ء جامد راخیس کند .

تعادل انرژی سطحی باید به گونه ای باشد که زاویهء تماس تراز90 باشد .

معادلهء انرژی نشان می دهد که اگر کمتر از90 باشد ( آنگاه باید بیشتراز باشد .

این موضوع درجدول شماره یک نشان داده شده است که درآن زاویه تماس چندفلز مایع برروی برلیم دردماهای آزمایشی مختلف تحت اتمسفر آرگن وخلاء آمده است .

جدول 1-1:زاویه تماسی که چند فلز مایع مختلف روی فلزبریلیم در اتمسفر آرگن وخلا میسازند.

اگرچه درطول دورهء زمانی تست تغیرات کوچک درزاویه مورد توجه قرار گرفت ‘ اما بطورکلی باافزایش زمان دردمای آزمایش زاویهء تماس کاهش می یافت .

باانجام چند آزمایش ازمواد مختلف برروی برلیم مشخص شد که دربعضی ازفلزات مایع که باید برلیم راخیس کند.

این عمل اتفاق نمی افتد .

این مشکل بسیار پیچیده تر ازآن است که درمرحلهء اول به نظر می‌رسد .

براساس آخرین مطالعات درژاپن وامریکا نشان داده است که تاثیرات ناشی ازعکس العملهای بین فلز پایه وفیلر متال‘ برروی خیس کنندگی نیترید سیلیکون ( ) وفیلرمتالهای فعالی که تیتانیم به آنها اضافه شده است .

همان طور که بانوع ترکیبات لایه انفعالی فرق می کند باضخامت وسا ختار متالوژی نیزلایه انفعالی نیزفرق می کند .

می توان گفت که خیس کنندگی عبارتست ازتوانایی فیلرمتال مذاب درچسبیدن به سطح فلز جامد وایجادیک باند قوی ازفلز هنگامی که به زیردمای ذوب می رسد .

خیس کنندگی خاصیت طبیعی فیلرمتال نیست بلکه تابعی است ازفعالیت بین فلزاتی که باید بهم متصل شوند .

مدرک مهمی وجود دارد که نشان می دهد اگرخیس کنندگی بخواهد بخوبی انجام پذیرد فلز ذوب شده باید قادر باشد درمقداری ازفلزی که روی آن جریان می یابد حل شود ویاباآن بصورت آلیاژی درآید.

خیس کنندگی به تنهایی‘ یکی ازعوامل فرآیند بریزینگ است .

عامل دیگری که بروی خیس کنندگی موثراست تمیزی سطحی است که می خواهد خیس شود .

لایه های اکسیدی ‘ گریس ‘ کثیفی ‘ وسایرآلودگی ها مانع ازخیس شدن وگسترده شدن می شوند.

وازتماس مناسب بین فیلرمتال وفلزپایه ممانعت بعمل می آورند .

یکی ازوظایف فلاکس برداشتن ودور کردن لایهء اکسیدی ازمنطقه اتصال ودرنتیجه تمیز کردن فلز پایه است .

خیس کنندگی مناسب وگسترده شدن فیلرمتال مذاب برروی فلز پایه ازملزومات بریزیگ است زیرا مکانیک مورد نیاز فرآیند‘ آنست که فیلرمتال بطور یکنواخت وپیوسته وسریع در درز اتصال جریان یابد .

اگر موقعیت فضای موئینگی باعث بهبود عمل خیس کنندگی نشود فیلرمتال براساس جذب موئینگی به درون فضای اتصال حرکت نخواهد کرد .

باگسترش فولادهای جدید ومطالعهء گسترده دربارهء خیس کنندگی فیلرمتالهای معمول برروی فولادزنگ نزن نوع 304 ‘ فولادهای معروف آستینیتی مانند نوع 316 که معمولا" اگرمقاومت به خوردگی بیشتری مدنظرباشد جایگزین نوع 304 می شود و9- 6- 21 که یک‌فولاد زنگ نزن پرمنگنزاست انجام شده است .

ازآنجایی که خیس کنندگی بالا بدان معنا که جذب موئینگی گرمایی است که درز اتصال را بخوبی پر می کند ‘خیس کنندگی جزء کارایی های بریز است .

٣.١ شاخص خیس کنندگی : شاخص خیس کنندگی ( WI ) که توسط فدوسکا تعریف شد بعنوان میزان خیس کنندگی استفاده می شود .

( WI ) عبارتست از سطحی که توسط فیلرمتال بریزینگ پوشیده شده است ‘ضرب درکسینوس زاویهء تماس بین بریز وفلز پایه.بنابراین WI بیشتر به این معناست که فیلرمتال می تواند فلز پایه رابهتر خیس کند .

باید تاکید شود که WI همانطور که ازتعریف آن پیداست یک مقدارنسبی است وبستگی به حجم فیلرمتالی دارد که مورد استفاده قرار می گیرد.مقدار WI براساس نوع فیلرمتال ودمابرای فولاد زنگ نزن نوع 316 ‘ نوع 304 ‘ ونوع 9- 6- 21 درجدول شماره 4 آمده است .

شاخص خیس کنندگی ( WI ) بیشتراز 0.05 نشان دهندهء عملکرد خوب آنها درفرایند بریزینگ است درحالیکه WI های بامقادیر بیشتر از 0.1 نشانگر عملکرد عالی آنها هنگام بریزینگ است .

باانجام یک مقایسه از WI مربوط به فیلرمتالهای بریز برروی سه فولادزنگ نزن نتایج زیر بدست آمده است : فیلرمتالها معمولا" فولاد زنگ نزن نوع 316 رابهتر ازفولاد زنگ نزن نوع 304 خیس می کنند ومعمولا" نوع 316 رابهتر ازنوع 9- 6- 21 خیس می کنند .

درجه خیس کنندگی دراغلب فیلرمتالهای بریز برروی فولادزنگ نزن نوع 9- 6- 21 بهتریابرابر نوع 304 است.

خیس کنندگی فیلرمتالها روی فولادزنگ نزن نوع 316 اینگونه تصور می شود که اطرحضور مولیبدن دراکسید سطحی است ‘ درصورتی که خیس کنندگی بالا درنوع 9- 6- 21 برخلاف نوع 304 بخاطرمقادیر بیشترمنگنز دراکسید سطحی آنست .

جدول1-2:خصوصیات خیس کنندگی فیلرمتالهای مختلف بر روی فولاد زنگ نزن.

اصولا" ‘ اتصال موفقیت آمیز بین قطعات توسط فرآیند بریزینگ بستگی به نوع فیلرمتالی که انتخاب می شود با نقطه ذوب بالای 450 ( 840 ) وخیس کنندگی فلز پایه بدون ذوب آن دارد .

علاوه براین ‘ اتصال باید طوری طراحی شود که سطوحی که باید کنار هم جفت شوند مطمئنا" به اندازه کافی به هم نزدیک شوند تاجذب موئینگی درآن بهتر انجام شود .

٤.

١ اجزای فرآیند بریزینگ : یک مهنس درطراحی یک اتصال بریز باید به هزینه تمام شده وقابل اطمینان بودن آن توجه کند .

استحکام اتصال ‘ مقاومت به خستگی ‘ مستعدبودن آن دربرابرخوردگی ‘ وپایداری آن دردمای بالا ازدیگر نکات مهمی است که مشخص کنندهء انتخاب نوع اتصال ‘ نوع فیلرمتال وپارامترهای فرآیند است .

یک ارزیابی آگاهانه وبادقت ازعوامل زیر به منظور تولید یک اتصال بریز رضایت بخش مورد نیاز است : جریان فیلرمتال خصوصیات فلز پایه خصوصیات فیلرمتال آمادگی سطح طراحی اتصال ودرز اتصال زمان ودما منبع حرارت ونرخ گرما انجام محافظت توسط فلاکس یاگاز ٢ انواع روشهای بریزینگ بریزینگ شعله ای : دراین روش منبع حرارت ازشعلهء یک گاز سوختنی تامین می شود.

این گازهم با هوا وهم بااکسیژن مخلوط شده وشعله حاصله به قطعه کار اعمال می شود تابه درجه حرارت مناسب جهت انجام بریزینگ برسد .

پس ازاین‘ فیلرمتالی که ازقبل جایگزین شده یابطور دستی خورانده می شود ذوب می شود .

شکل 2-1: نمایی از بریزینگ شعله ای.

مزایا ومحدودیتها : تورچ بریزینگ درقطعات‘ بااندازه های مختلفی استفاده می شود این روش مزایای زیادی دارد که موارد زیرراشامل می شود : قابل انعطاف بودن یک مشعل باچندین سرمشعل که قطعات متفاوتی رامی توان با آن بریز کرد .

هزینه تجهیزات اصلی آن پایین است .

نیازی به گرم کردن تمام قطعه نیست وفقط آن قسمتی که می خواهد بریز شود گرم می شود .

دربسیاری ازموارد اتوماسیون آن امکانپذ یر است .

محدودیتهای آن عبارتنند از : اکسیداسیون و تغییر رنگی که درسطح قطعه زمانی که بافلاکس پوشیده نمی شود اتفاق می افتد زیرا این فرآیند درهوا انجام می شود.

ضایعات فلاکس نیاز به تمیز کاری بعد ازبریزینگ دارد.

فلزات با اکتیواسیون بالا مانند تیتانیوم وزیرکانیوم نمی توانند تورچ بریز شوند زیرا فلاکس مناسبی وجود ندارد.

گرم کردن قطعات درسایزهای بزرگ به دلیل مشکل بودن تمرکز شعلهء طبیعی مشکل است.

کاربردها : بریزینگ شعله ای معمولا" روی مس ‘ برنج وسایر آلیاژهای مس‘ فولادهای زنگ نزن ‘ آلومینیوم ‘ کاربیدها وسایر مواد مقاوم دربرابر گرما استفاده می شود بیشتر ترکیبات ازاین نوع مواد همچنین می توانند تورچ بریز شوند.

استفاده ازفلاکس دربریزینگ این مواد ضروری است به جز وقتی که آلیاژ بریزینگ فسفری جهت بریزینگ قطعات مس خالص مورد استفاده قرار می گیرد .

دراین مورد فسفرها مانند فلاکس عمل می کنند فیلر متالهایی ازجنس پایه نقره – مس – فسفر بادمای ذوب پایین معمولا" در بریزینگ شعله ای مورد استفاده قرار می گیرند فیلر متالهای‌پایه مس وپایه طلا همچنین دراین فرآیند می توانند استفاده شوند بریزینگ شعله ای معمولا" برای اتصال مس