بررسی تأثیر پارامترهای فرایند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز با جریان ضربانی بر خواص اتصال فولاد زنگ‌نزن آستنیتی AISI 321

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 مهندس مکانیک، شرکت پالایش نفت اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

در این پژوهش، خواص اتصال فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۲۱ از دیدگاه ریزساختاری، مکانیکی و خوردگی مورد بررسی قرار گرفته شده است. به‌منظور دستیابی به عامل‌های بهینه فرایند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز با جریان ضربانی (PCGTAW) از روش طراحی آزمایش تاگوچی استفاده شده است. در این فرایند جوشکاری، جریان ضربان در سه سطح ۱۴۰،۱۲۰ و ۱۶۰ آمپر، جریان زمینه در سطح‌های ۴۰، ۵۰ و ۶۰ آمپر، بسامدهای ۲، ۵ و ۷ هرتز و درصد روشن بودن ضربان ۳۰، ۵۰ و ۷۰ انتخاب شد. از آرایه متعامد L9 روش تاگوچی برای طراحی آزمایش استفاده شد. مقاومت به خوردگی در محیط 1 مولار H2SO4 توسط آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک چرخه‌ای در دمای اتاق ارزیابی شد. به‌منظور دستیابی به شرایط بهینه چگالی جریان رویین شدن (A/cm2)، مشخصه کیفی هر چه کمتر بهتر (LB:Low is Better) انتخاب شد. شرایط بهینه هنگامی حاصل شد که جریان زمینه و جریان ضربان ۵۰ و ۱۴۰ آمپر، بسامد ۵ هرتز و درصد روشن بودن ضربان ۵۰ بود. تحت شرایط بهینه لگاریتم چگالی جریان رویین شدن 4/5 (A/cm2) حاصل شد. از سوی دیگر آنالیز واریانس نشان داد که درصد زمان روشن بودن ضربان برابر با ۳۶ و جریان زمینه برابر با 46 آمپر، تأثیر گذارترین عامل‌ها بر چگالی جریان رویین شدن اتصال فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۲۱ با استفاده از فرایند PCGTAW هستند. ارزیابی خواص مکانیکی توسط آزمون سنبه برشی انجام شد. خواص مکانیکی هر یک از نمونه‌ها در محدوده مطلوب قرار داشت. در شرایط بهینه بیشینه نیروی برشی و استحکام به‌ترتیب برابر با  N۳۲۰۰ و  MPa۶۱۲ بود. سطح شکست نمونه‌های آزمون سنبه برشی شامل دو ناحیه تغییر فرم برشی و ناحیه شکست بود. همچنین بررسی‌ها نشان داد که مهم‌ترین عامل تأثیر‌گذار بر خواص اتصال فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۲۱ حرارت ورودی است. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

INVESTIGATION OF THE EFFECT OF PULSED CURRENT GAS TUNGSTEN ARC WELDING ON AUSTENITIC AISI 321 STAINLESS STEEL BONDING PROPERTIES

نویسندگان [English]

  • M. Ghalambaz 1
  • M. Shamanian 1
  • A. M. Eslami 1
  • M. Abdollahi 1
  • E. Abdoulvand 2
1 Department of Materials Science and Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Mechanical Engineer, Isfahan Oil Refining Company, Isfahan, Iran
چکیده [English]

This research investigated the bonding properties of AISI 321 austenitic stainless steel from microstructural, mechanical, and corrosion points of view. To obtain the optimal parameters of pulsed current gas tungsten arc welding (PCGTAW), the Taguchi method was used. A cyclic potentiodynamic polarization test evaluated the corrosion resistance of the welded samples. The optimal conditions were achieved when the background current, the pulse current, the frequency, and the percentage of the pulse on time were 50 amps, 140 amps, 5 Hz, and 50, respectively. On the other hand, the analysis of variance showed that the percentage of pulse on time equal to 36 and the background current equal to 46 amperes were the most influential factors on the surface current density of the austenitic stainless steel 321 connection using the PCGTAW process. The mechanical properties were assessed using punch shear testing. In the optimal condition, the maximum shear force and strength were 3200 N and 612 MPa, respectively. The results showed that the most critical factor affecting the bonding properties of 321 steel was the heat input.

کلیدواژه‌ها [English]

  • AISI 321 austenitic stainless steel
  • PCGTAW
  • Taguchi method
  • Shear punch test
  • potentiodynamic polarization test

مراجع

1. Peckner, D., Bernstein, I. M., & Peckner, D., “Handbook of Stainless Steels”, pp. 3-19, 1977.
2. Şahin, S., and Übeyli, M., “A Review On The Potential Use Of Austenitic Stainless Steels In Nuclear Fusion Reactors”, Journal of fusion energy, Vol. 27, NO. 4, pp. 271-277, 2008.
3. Guan, K., Xu, X., Xu, H., and Wang, Z., “Effect of Aging at 700 C On Precipitation and Toughness of AISI 321 and AISI 347 Austenitic Stainless Steel Welds”, Nuclear engineering and design, Vol. 235, NO. 23, pp. 2485-2494, 2005.
4. Schwind, M., Källqvist, J. Nilsson, J.-O., Ågren, J., and Andrén, H.-O., “Σ-Phase Precipitation In Stabilized Austenitic Stainless Steels”, Acta Materialia, Vol. 48, NO. 10, pp. 2473-2481, 2000.
5. Wachter, O., and Brümmer, G., “Experiences With Austenitic Steels In Boiling Water Reactors”, Nuclear engineering and design, Vol. 168, NO. 1-3, pp. 35-52, 1997.
6. Hajiannia, I., Shamanian, M., and Kasiri, M., “Microstructure And Mechanical Properties Of AISI 347 Stainless Steel/A335 Low Alloy Steel Dissimilar Joint Produced By Gas Tungsten Arc Welding”, Materials & Design, Vol. 50, NO., pp. 566-573, 2013.
7. Wasnik, D., Dey, G., Kain, V., and Samajdar, I., “Precipitation Stages In A 316L Austenitic Stainless Steel”, Scripta Materialia, Vol. 49, NO. 2, pp. 135-141, 2003.
8. Wegrzyn, J., and Klimpel, A., “The Effect Of Alloying Elements On Sigma Phase Formation In 18-8 Weld Metals”, Welding Journal, Vol. 60, NO. 8, pp. 146, 1981.
9. Borst, K., and Pohl, M., “Precipitation Effects In Austenitic Stainless Weld Metals”, steel research international, Vol. 61, NO. 6, pp. 258-261, 1990.
10. Schweinsberg, D., Sun, B., and Otieno-Alego, V., “Corrosion and Inhibition Of Aged 347 Grade Stainless Steel Boiler Tubes”, Journal of applied electrochemistry, Vol. 24, NO. 8, pp. 803-807, 1994.
11. Tseng, C., Shen, Y., Thompson, S., Mataya, M., and Krauss, G., “Fracture and The Formation Of Sigma Phase, M23C6, And Austenite From Delta-Ferrite In An Alsl 304L Stainless Steel”, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 25, NO. 6, pp. 1147-1158, 1994.
12. Vitek, J., and David, S., “Solidification and Aging Behavior Of Types 308 and 308CRE Stainless Steel Welds” Book Solidification and aging behavior of Types 308 and 308CRE stainless steel welds, Series Solidification and aging behavior of Types 308 and 308CRE stainless steel welds, ed., Editor ed.^eds., Oak Ridge National Lab., TN, 1984, pp.
13. Lippold, J.C., Welding Metallurgy And Weldability, John Wiley & Sons, 2014.
14. Folkhard, E., and Folkhard, E., “Welding Metallurgy Of Austenitic Stainless Steels”, Welding Metallurgy of Stainless Steels, Vol., NO., pp. 197-222, 1988.
15. Lippold, J., and Savage, W., “Solidification of Austenitic Stainless Steel Weldments: Part 2—The Effect of Alloy Composition on Ferrite Morphology”, Welding Journal, Vol. 59, NO. 2, pp. 48s-58s, 1980.
16. Giridharan, P., and Murugan, N., “Optimization of Pulsed GTA Welding Process Parameters For The Welding of AISI 304L Stainless Steel Sheets”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 40, NO. 5-6, pp. 478-489, 2009.
17. Liu, J., Rao, Z., Liao, S., and Tsai, H., “Numerical Investigation of Weld Pool Behaviors and Ripple Formation For a Moving GTA Welding Under Pulsed Currents”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 91, NO., pp. 990-1000, 2015.
18. Yilmaz, O., and Ugla, A.A., “Microstructure Characterization of SS308LSi Components Manufactured by GTAW-Based Additive Manufacturing: Shaped Metal Deposition Using Pulsed Current Arc”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol., NO., pp. 1-13, 2016.
19. M., Ramkumar, Arivarasu , K.D., and Arivazhagan, N., “Comparative Studies Of High and Low Frequency Pulsing on the Aspect Ratio of Weld Bead in Gas Tungsten Arc Welded AISI 304L Plates”, Procedia Engineering, Vol. 97, NO., pp. 871-880, 2014.
20. Neissi, R., Shamanian, M., and Hajihashemi, M., “The Effect if Constant and Pulsed Current Gas Tungsten Arc Welding on Joint Properties of 2205 Duplex Stainless Steel to 316L Austenitic Stainless Steel”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 25, NO. 5, pp. 2017-2028, 2016.
21. Karunakaran, N., “Effect Of Pulsed Current on Temperature Distribution, Weld Bead Profiles and Characteristics of GTA Welded Stainless Steel Joints”, International Journal of Engineering and Technology, Vol. 2, NO. 12, pp., 2012.
22. Arivarasu, M., Ramkumar Kasinath, D., and Natarajan, A., “Effect of Continuous and Pulsed Current on The Metallurgical and Mechanical Properties of Gas Tungsten Arc Welded AISI 4340 Aeronautical and AISI 304 L Austenitic Stainless Steel Dissimilar Joints”, Materials Research, Vol. 18, NO. 1, pp. 59-77, 2015.
23. Abdollahi, A., Shamanian, M., and Golozar, M.A., “Comparison of Pulsed and Continuous Current Gas Tungsten Arc Welding In Dissimilar Welding Between UNS S32750 and AISI 321 in Optimized Condition”, Int J Adv Manuf Technol, pp. 687–696 , 2018.
24. Sharma, S., Taiwade, R.V. and Vashishtha, H., “Effect of Continuous and Pulsed Current Gas Tungsten Arc Welding on Dissimilar Weldments Between Hastelloy C-276/AISI 321 Austenitic Stainless Steel”, J. of Materi Eng and Perform 26, pp 1146–1157 , 2017.
25. Ramkumar, K. D., Chandrasekhar, A., Srivastava, A., Preyas, H., Chandra, S., Dev, S., & Arivazhagan, N., “Effects of Filler Metals on The Segregation, Mechanical Properties and Hot Corrosion Behaviour of Pulsed Current Gas Tungsten Arc Welded Super-Austenitic Stainless Steel”, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 24, pp 46-61, 2016.
26. Unnikrishnan, R., Idury, K.S., Ismail, T., Bhadauria, A., Shekhawat, S., Khatirkar, R.K., and Sapate, S.G., “Effect of Heat Input on The Microstructure, Residual Stresses and Corrosion Resistance of 304L Austenitic Stainless Steel Weldments”, Materials characterization, Vol. 93, NO., pp. 10-23, 2014.
27. Chalamalasetti, S. R., “Investigation of Pitting Corrosion Rate on Micro Plasma Arc Welded Dissimilar Weld Joints of AISI 304 and AISI 430 Stainless Steel Sheets”, Int J Advanced Design and Manufacturing Technology, Vol. 13, pp 59-66, 2020.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 41، شماره 1
خرداد 1401
صفحه 59-79

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی