عملیات حرارتی پسگرمایی: انتخاب یک فلز پرکننده که در ترکیب با فلز پایه، فلز جوشی ایجاد کند که قابل عملیات حرارتی پسگرمایی باشد، می تواند بسیاری از مشکلات و معایب جوشکاری آلومینیوم را برطرف سازد. پرکننده هایی مثل AWS: ER4643 که بعد از جوشکاری قابل عملیات حرارتی بوده و استحکام از دست رفته جوش به وسیله عملیات حرارتی پسگرمایی روی آن، تا دو برابر قابل جبران است، یک نمونه از این دسته است که به ویژه برای جوشکاری آلیاژهای سری ۶۰۰۰ توصیه شده اند.

حساسیت نسبت به ترک: موضوع دیگری که باید در رابطه با انتخاب فلز پرکننده مدنظر قرار گیرد، مساله حساسیت به ترک می باشد. آلیاژهای سری ۵۰۰۰ (منیزیم دار) بیشترین استحکام را در بین آلیاژهای آلومینیوم داشته و غیرقابل عملیات حرارتی اند. به طور کلی، اگر مقدار منیزیم بین ۵/۰ تا ۸/۲ درصد باشد، یک ترکیب مقاوم در برابر بروز ترک ایجاد می نماید که ضمناً با فلزات پرکننده گروه ۴۰۰۰ مثل ER 4043، ER 4047 یا ER 4145 قابل جوشکاری هستند. این موضوع، در مورد آلیاژهای فلز پایه سری ۴۰۰۰ که محتوی سیلیسیم بوده و غیرقابل عملیات حرارتی اند نیز قابل بررسی است. آلیاژهای تا کمتر از یک درصد سیلیسیم، در مقابل ترک مقاوم می باشند و هنگامی که مقدار سیلیسیم از یک درصد تجاوز کند، حساسیت به بروز ترک آنها به شدت افزایش می یابد.
استانداردها، برای انتخاب فلزات پرکننده در فرآیندهای مختلف جوشکاری، کدهای مناسب و آزمایش شده ای ارائه کرده اند که تعدادی از آلیاژهای مشابه، با کاربردهای مشابه در یک کد قرار داده شده اند. این کدها برای جوشکاری آلومینیوم در استاندارد AWS به قرار زیر هستند:
AWS: SFA A-5.3 : انتخاب الکترودهای دستی به روش MMA برای جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن.
AWS: SFA A-5.10: سیم جوش های آلومینیوم و آلیاژهای آن برای جوشکاری TIG و MIG/MAG.
AWS: SFA A5.12: استاندارد الکترودهای تنگستن برای جوش TIG.

مروری بر تحقیقات گذشته
در تحقیقی که توسط Kaçar ^[۳۳]و همکارانش[۶]، انجام شد، رفتار سایشی آلیاژ۲۰۲۴ کار شده آلومینیوم در شرایط تریبولوژیک متفاوت بر مبنای شرایط نگاهداری (با گذشت زمان) بررسی شده است. بدین منظور، آلیاژ در ۵ دمای متفاوت و در دوره های زمانی گوناگون در دستگاه تست سایش مدل دیسک و پین (در دمای اتاق به مدت یک هفته، در ۱۲۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲۴ ساعت، در ۱۵۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۸ ساعت، در ۱۶۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۶ ساعت، در ۲۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲۰ ساعت) با بهره گرفتن از سمباده های ساینده ی متفاوت (کاغذ های SIC، ۵،۱۱، ۱۸ و ۳۰ مش) نگاه داشته شد. به علاوه، تاثیرات سرعت های متفاوت (m/s 0.078 ، m/s 0.156، m/s 0.208 و m/s 0.338) و مقادیر بار گوناگون بار گذاری (۶، ۴۵، ۹، ۹، ۳ و N 11) بر مقاومت به سایش آزمایش گردید. مقادیر کاهش وزن اندازه گیری شده و سطوح سایش آزمایش گردید. نتایج نشان داد:
۱- حداکثر مقاومت به سایش برای نمونه های نگاهداری شده به شکل طبیعی در دمای اتاق به مدت یک هفته مشاهده شد.
۲-کاهش وزن با افزایش اندازه سمباده ساینده افزایش یافت.
۳-کاهش وزن با افزایش سرعت افزایش یافت.
۴- کاهش وزن با افزایش بار مورد استفاده افزایش یافت.
۵- عمق اثر سایش نشانه های فرسودگی در نمونه ای که به صورت طبیعی در دمای اتاق به مدت یک هفته نگاه داشته شده بود، نسبت به نمونه ای که در ۲۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲ ساعت قرار داشت،کم تر بود.
۶- با توجه به ارزیابی های متالوگرافیک نمونه ها، فاز بین فلزی CuAl₂ همراه با دمای نگاهداری افزایش یافت.
در تحقیقی که توسط دهقانی و همکارانش[۷] انجام شد، اتصالات ضربه ی بدون نقص آلیاژ آلومینیوم ۳۳۰۰ با صفحات فولاد نرم با ضخامت ۳ میلی متر با بهره گرفتن از جوش اغتشاشی اصطکاکی ایجاد شده است. یک مدل حرارتی ساده برای جوش اغتشاشی اصطکاکی مشابه گزارش شد و از آن برای بررسی تأثیرات سرعت جوش، سرعت چرخش و قطر شانه ی ابزار بر روی ریزساختار و ویژگی های جوش متفاوت استفاده شده است. مقایسه ی بین ریزساختار، فلزات بین نشین و قدرت جوش همگی هماهنگی مناسبی را بین نتایج و عامل ورودی حرارت محاسبه شده ی حاصل از مدل نشان داده اند. نتایج را می توان به صورت زیر خلاصه نمود: نتایج نشان داده اند که در سرعت جوش ثابت، افزایش سرعت چرخش ابزار از ۴۵۰ تا ۷۰۰ دور در دقیقه سبب افزایش حرارت ورودی منطقه ی جوش و تونل شده و حفره ای در آن شکل می گیرد که نتیجه ی آن کاهش استحکام کششی نهایی اتصالات از ۱۱۲ مگاپاسکال تا ۲۰ مگاپاسکال می باشد. در سرعت چرخش ثابت، استحکام کششی نهایی از ۲۸ مگاپاسکال تا ۱۰۰ مگاپاسکال با کاهش عامل ورود حرارت به دلیل افزایش سرعت جوش افزایش یافته است. نتایج نشان داده اند در صورتی که پخت در منطقه ی جوش اتفاق افتد، استحکام اتصال کاهش می یابد. ودر نهایت ضخامت لایه ی بین فلزی افزایشی که از ۸/. تا ۸/۷ میکرومتر با افزایش عامل حرارت ورودی نشان داده است. با بهره گرفتن از شانه ی باریکتر حرارت ورودی جوش کاهش یافته و به این ترتیب استحکام کششی نهایی قسمت اتصالی افزایشی را به ۱۴۶ مگاپاسکال نشان داده است.
Elangovan و همکارانش[۸] تأثیر عملیات حرارتی پس از جوش بر روی ویژگی های کششی اتصال های آلیاژ آلومینیومی AA6061 جوش اغتشاشی اصطکاکی بررسی کردند. صفحات نورد شده ی آلیاژ آلومینیوم AA6061 با ضخامت ۶ میلی متر برای ساخت قسمت های اتصالی استفاده شده . عملیات محلولی و پیرسازی مصنوعی وترکیبی از هر دوی آن ها برای آماده سازی اتصالی جوش خورده لحاظ گردید. ویژگی های کششی مانند استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، افزایش طول و بازدهی اتصال همگی ارزیابی شدند. ریزساختار قسمت های اتصالی جوش خورده با بهره گرفتن از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ انتقال الکترونی آنالیز گردید و نتایج حائز اهمیت زیر حاصل گردید:
۱- از میان سه روش گوناگون که در این تحقیق ارائه گردیده است، یک پیرسازی مصنوعی ساده سبب افزایش خواص کششی قسمت های اتصالی آلیاژ آلومینیوم AA6061 جوش اغتشاشی اصطکاکی شده است.
۲- از آنجایی که قسمت های اتصالی جوش خورده ی آلیاژ AA6061 کارایی اتصال ۶۶ درصد را حاصل نموده است، این مورد به کارایی اتصال ۷۷ درصد با پیرسازی مصنوعی افزایش یافته است.
۳- توزیع یکنواخت، تقویت ظریف تر رسوبات ، اندازه ی کوچکتر دانه، کمبود منطقه ی بدون رسوبات و تراکم تغییر موقعیت بیشتر در مقایسه با قسمت های اتصالی تیمار حرارتی شده ی دیگر دلایلی هستند که برای خواص کششی برتر قسمت های اتصالی کهنه شده به صورت مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد.
Kennedy و همکارانش[۹]، مروری بر کاربرد لیزرهای دیود نیروی بالا در سخت شدن سطحی داشتند. سخت شدن سطحی لیزری اگرچه در طول چندین سال به عنوان تکنولوژی جدید مطرح شد اما هنوز هم در مراحل ابتدایی قرار دارد. این فرایند شامل استفاده از تشعشع لیزری با توان بالا برای عملیات حرارتی سریع سطح فولاد در منطقه ی آستنیت می باشد. به دلیل نرخ بالای انتقال حرارت، گرادیان دمای بالا ایجاد می گردند که نتیجه ی آن سرمایش سریع نمونه می باشد. این مورد سبب می شود که تغییر شکل از آستنیت تا مارتنزیت بدون نیاز به فشار خارجی امکان پذیر گردد. مکانیزم های دیگر برای سخت شدن حرارتی برخی از آلیاژهای غیر آهنی مطرح هستند.
تا همین اواخر، استفاده ی گسترده از لیزرها برای فرآوری مواد با توجه به اندازه ، پیچیدگی و نیز هزینه های سرمایه گذاری بالای سیستم های لیزری محدود می شده است. این سیستم های لیزر حالت جامد و مولکولی امروزه راه را برای تولید لیزرهای جدید باز نموده است که تحت عنوان لیزرهای دیودی توان بالا و یا HPDL ^[۳۴] خوانده می شوند. طول موج ساطع پراکنده شده اجازه می دهد تا جذب فلزی بالا اتفاق افتد که هنگام جفت شدن با پروفایل های پرتو زمانی و فضایی اجازه می دهد که HPDL کارایی بالایی را حاصل نماید.
مقاله ی مروری حاضر تلاش می نماید تا حضور سخت شدن لیزر را نشان داد و بعضی از منافع آن را در مقایسه با روش های سخت شدن مرسوم نشان می دهد. توصیفی از ایجاد و عملکرد HPDL با تأکید بر عوامل فنی و اقتصادی صورت پذیرفته است که مزایایی را برای کاربردهای سخت شدن سطحی نشان می دهد.
چندین سال گذشته با معرفی لیزرهای دیود توان بالا تراکم توان در محدوده ی ۱۰^۴ تا۱۰^۵ وات بر سانتی متر مکعب همراه بوده است. برای کاربردهایی که در آن ها تراکم نیروی متعادل بدون محدودسازی کیفیت پرتو بالا مورد نیاز است، HPDL های امروزی یک شرایط اقتصادی و راه حل ایده آل را برای تلفیق در سیستم های ماشینی مرسوم و رباتیک پیشنهاد می دهند. کاربردهای عملیات حرارتی برای تکنولوژی HPDL مطرح شده است زیرا ذاتاً ثبات پرتو را با پروفایل های مناسب نشان می دهند که نتیجه ی آن گرمایش یکنواخت در یک منطقه ی نسبتاً وسیع می باشد. اگرچه HPDL هنوز کیفیت پرتو کامل را حاصل ننموده و یا تشعشع مورد استفاده در اغلب کاربردهای حفاری و برش را ایجاد ننموده و کارایی بالا، اندازه ی متراکم و هزینه های سرمایه ی همیشه در حال کاهش را سبب می شود که تحقیقات در زمینه ی این کاربردها و توسعه ی آن ها ادامه یابد.
در تحقیق Cho و همکارانش[۱۰] تأثیر مقادیر سیلیسیوم بر روی سخت شدن سطحی آلیاژ آلومینیوم – سیلیسیوم توسط فرایند شات پینیگ بررسی شد.
این بررسی برای آلیاژهای آلومینیوم – سیلیسیوم (آلومینیوم – ۷/.، ۱۱/. ، ۱۸/. سیلسیوم) مورد بررسی قرار گرفت. افزایش سختی با شاتپینیگ هنگامی بدست آمد که محتوای سیلیسیوم در آلیاژ آلومینیوم – سیلیسیوم با افزایش مواجه شده است. ذرات سیلیسیوم ظریف تر و توزیع متراکم تر موارد مشاهده شده در آلومینیوم – ۱۸/. سیلیسیوم نسبت به آلومینیوم – ۷/. سیلیسیوم بوده است.
افزایش سختی سطحی آلیاژهای آلومینیوم – سیلیسیوم هنگامی افزایش یافت که محتوای سیلیسیوم با افزایش مواجه شده است. ذرات سیلیسیوم شکسته و پراکنده از فاز سیلیسیوم و یوتکتیک با تغییر شکل های پلاستیک شدید شکل گرفته است. هنگامی که محتوای سیلیسیوم آلیاژ آلومینیوم – سیلیسیوم افزایش یافته، ذرات سیلیسیوم ریزتر و به شکل متراکم تر پراکنده در سطح مشاهده شده است. تغییر موقعیت های متراکم حول ذرات سیلیسیوم موجود صورت گرفته است که نشان می دهد که ذرات سیلیسیوم به عنوان سایت های تولید نابجایی عمل می نمایند. اصلاح دانه بندی به دلیل ارایش جدید نابجایی ها حول ذرات سیلیسیوم پراکنده صورت گرفته است. افزایش عمده ی سختی سطحی با افزایش محتوای سیلیسیوم به دلیل افزایش ذرات سیلیسیوم بوده و اصلاح وضعیت دانه ای با افزایش ذرات سیلیسیوم افزایش یافته است.
Harun و همکارانش[۱۱]، تأثیر افزودن عناصر بر ویژگی های سایشی آلیاژهای آلومینیوم سیلیکوم –یوتکتیک را بررسی کردند.
تأثیرات افزودن سریوم، روی و زیرکنیم و همچنین عملیات حرارتی بعدی بر روی خواص سایشی آلیاژهای آلومینیم– سیلیکون یوتکتیک در تماس خشک در مقابل یک سطح فولادی با بهره گرفتن از ماشین دیسک و پین بررسی شده است. سطوح سایشی توسط میکروسکوپ الکترونی آزمایش گردیده اند. ویژگی های سایشی هر دو مورد آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیوم مضاعف همچنین آلیاژ LM13 تجاری نیز مورد بررسی قرار گرفته و با مقدار مربوط به آلیاژ آلومینیوم – سیلیسیوم شامل سلنیوم، روی و زیرکنیوم مقایسه شده است. معلوم گردید:
۱- وجود منیزیوم ، سریوم، زیرکنیوم و روی می تواند به سخت شدن با گذشت زمان بیانجامد و دلیل آن شکل گیری رسوبات می باشد.
۲- نرخ سایش با فاصله ی طی شده افزایش نشان می دهد.
۳- پیشرفت قابل توجهی در مقاومت سایش هنگامی مشاهده شده است که زیرکنیوم، سریوم و روی به آلیاژهای آلومینیوم – سیلیسیوم وارد شده اند.
۴- عملیات حرارتی سبب بهبود مقاومت سایش آلیاژهای آلومینیوم – سیلیسیوم می گردد.
۵- به دلیل مقادیر K بالا، این آلیاژها احتمالاً برای کاربردهای خشک (روانسازی نشده) مناسب هستند.
Hayat و همکارانش[۱۲]، تأثیرات عملیات حرارتی پیر سازی بر روی ریزساختار و ویژگیهای مکانیکی اتصالات مشابه و غیرمشابه ۶۰۶۱ –T6/7075-T651 در استحکام جوش نقطه ای را بررسی کردند. قابلیت جوش پذیری نقطه ای نمونه های تجاری و نگاهداری شده در مقادیر متفاوت پیر سازی بررسی شده است. ریزساختار، ریزسختی، میکروسکوپ الکترونی و طیف سنجی پراش پرتو اشعه ی X همگی به نحوی انجام شده اند که در رابطه با تأثیرات عملیات حرارتی بر روی قسمت های اتصالی جوش نقطه ای دارای مقاومت مشابه و متفاوت بررسی شده است. به علاوه آزمون های برشی کششی برای تعیین رفتار مکانیکی و رفتار چقرمگی شکست اتصالات جوش خورده استفاده شدند.
می توانیم نتیجه بگیریم که :
۱- نقاط جوش به صورت یکنواخت در ورقه های بالایی و پایینی توضیح نشده است.
۲- منطقه ی تحت تأثیر حرارت دو منطقه ی ریزساختار متفاوت برای یک ورقه ی ۶۰۶۱- T6 داشته و تنها دو مورد برای ۷۰۷۵- T651 مصداق دارد.
۳- ظرفیت بار برشی قسمت های اتصالی برای نمونه های پیر شده برای هر دو آلیاژ افزایش یافته است.
۴- با توجه به نتایج آنالیز EDS و XRD سطوح شکستگی قسمت های اتصالی جوش خورده بین فلزی و بین فلزی همگی نقش فعالی را در طول شکستگی ایفا می نمایند.
۵- درصد وزنی منیزیوم و روی بر روی سطوح شکست قسمت های اتصالی مشابه با توجه به میزان منیزیوم و روی فلز پایه بیشتر بوده است.
در تحقیقی که توسط BOUZAIENE و همکارانش[۱۳] ارتباط بین جوش و پارامترهای سخت کاری اتصالات جوش خورده ی آلیاژ آلومینیوم ۲۰۱۷ در جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی بررسی شد
این تحقیق انجام شده تا بتوان قانون سوویفت را با توجه به جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی آلیاژ آلومینیوم ۲۰۱۷ مشخص نمود. دو نوع متفاوت از مدل های مشخص بر مبنای روش حداقل مربعات و روش پاسخ سطح برای ارزیابی استحکام کششی اتصالات جوش FSW بر روی پارامترهای سخت شدن مورد استفاده قرار گرفته است. معیار انحراف میانگین نسبی بین داده های آزمایشی و همچنین شبیه سازی های حل عددی مورد استفاده قرار گرفت و تطابق مناسبی را بین نتایج آزمایشی و مدل های سخت شدن پیش بینی شده نشان داده است. می توان از این نتایج برای انجام بهینه سازی چند معیاری اختصاصا برای جوش و یا انجام شبیه سازی های عددی تغییرشکل های پلاستیک فرایند شکل دهی فرایند های FSW مانند هیدروفورمینگ، خمش و فرجینگ استفاده نمود.
Pinto, و همکارانش[۱۴]، تحقیقی در مورد سختی و ریزساختار یک آلیاژ آلومینیوم – مس فرآوری شده توسط ذوب سطحی لیزری داشتند.
فرآوری مواد لیزری تا حد زیادی در فرآیندهای صنعتی استفاده می شود و دلیل آن دقت منحصر به فرد و عملکرد حرارتی بسیار موضعی می باشد که توسط تراکم انرژی بالای لیزر و قابلیت کنترل شدن نیرو صورت می گیرد. پرتو لیزر اسکن شده می تواند برای القای ذوب یک لایه ی نازک بر روی سطح فلزی هنگام عملکرد در شدت بالاتر نسبت به آنچه که برای سخت شدن مورد استفاده قرار می گیرد استفاده گردد. با نرخ گرمایش و سرمایش سریع ذاتی برای این لایه ی سطحی این فعالیت می تواند قدرتی برای ایجاد ریزساختار متفاوت با آنچه که برای بالک فلز اتفاق می افتد به ویژگی های مفیدی می انجامد. تغییرات ریزساختار اصلی معمولاً در آلیاژهای آلومینیوم مشاهده می شود وباعث افزایش قابلیت انحلال محلول جامد و اصلاح ریزساختار می باشد. هدف از این متنی که خوانده می شود آنالیز تفاوت های سختی و ریزساختار از طریق نمونه های یک آلیاژ آلومینیوم – مس می باشد که برای یک عملیات حرارتی ذوب مجدد سطحی لیزری انجام شده.
این آنالیز ۳ منطقه ی ریزساختارهای اصلاح شده را در مقطع عرضی ردیابی لیزری نشان داده است: سلولی، دندانه ای عمود و دندانه ی موازی با جهت گیری پرتو لیزری. ابعاد هر کدام از این موارد تا حد زیادی توسط سرعت پرتوی لیزری کنترل می گردد. هنگامی که سرعت پرتوی لیزری افزایش می یابد، منطقه ی ساختار سلولی به طور معنی داری با کاهش مواجه می گردد. اندازه گیری های سخت شدن ویکرز در مقطع عرضی عملیات حرارتی شده توسط لیزر صورت گرفته و مشخص گردیده است که مقادیر دو تا سه برابری آنچه که در ماده ی اولیه مشاهده شده است حاصل می گردد و نشان دهنده ی کارایی لیزری می باشد.
Dongxia و همکارانش[۱۵] تحقیقی پیرامون ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم – منیزیوم – منگنز در قسمت های اتصالی جوش خورده توسط TIG و پرتو لیزری انجام دادند. صفحات آلیاژ آلومینیوم ۷/۴ منیزیوم ۷/. منگنز ۳/. ER توسط جوش پرتوی لیزری و گاز بی اثر تنگستن جوش داده شدند. خواص مکانیکی و ریزساختار هر دوی قسمت های جوش خورده آنالیز شدند. نتایج نشان داده اند که توان کششی قسمت های اتصالی توسط جوش لیزر برابر با ۳۱۵ مگاپاسکال بوده که تقریباً ۱۰ درصد بیشتر از مقادیری است که برای قسمت های اتصالی جوش TIG مطرح می گردد. این مورد با دانه های ریز ارتباط دارد که بیشتر در حالت فاز Al₃Er مشاهده می گردند و همچنین بخار Mg کم در جوش لیزر را نشان می دهد. دانه های هم محور با میانگین اندازه ی ۳۰ میکرومتر در منطقه ی جوش مشاهده شد که بسیار کوچکتر از ۹۰ میکرومتر در منطقه ی جوش قسمت های اتصالی TIG بوده است و دلیل آن حرارت ورودی کمتر در فرایند جوش لیزر می باشد. نتایج بدین شرح است:
۱- قسمت های اتصالی TIG از مناطق جوش ، منطقه ی گذار و HAZ تشکیل شده است در حالی که هیچ منطقه ی گذار آشکار و HAZ نزدیک به قسمت های مرزی جوش در قسمت های اتصالی فرایند جوش لیزر مشاهده نشد. عدم وجود این دو منطقه می تواند با سرعت جوش بالاتر و حرارت ورودی کمتر در فرایند جوش لیزر مرتبط باشند.
۲- دانه ها در منطقه ی جوش قسمت اتصالی TIG به طور چشم گیری درشت تر هستند و اندازه ی دانه حدود ۹۰ میکرومتر می باشد. دانه های ظریف با میانگین اندازه ی۳۰ میکرومتر در جوش لیزر قالب هستند.
۳- عنصر آلیاژی منیزیوم در طول جوش تبخیر می گردد. نرخ افت سوختگی در فرایند جوش لیزر و TIG برابر با ۲۲ و ۳۶ درصد می باشد. این مورد نتیجه ی تأثیرات گسترده ی نرخ جوش، مقاومت و نسبت سطح به حجم حوضچه جوش می باشد.
۴- توان کششی قسمت های اتصالی TIG برابر با ۲۹۵ مگاپاسکال بوده در حالی که برای فرایند جوش لیزر ۳۱۵ مگاپاسکال می باشد. خواص مکانیکی بالاتر اتصال فرایند جوش لیزر با استحکام دهی دانه ظریف و استحکام دهی از طریق محلول جامد ارتباط دارند.
فصل سوم