بررسی ابعادی، خواص مکانیکی و ریزساختار دیواره تولید شده از جنس فولاد ساده کربنی به روش جوشکاری میگ/مگ به‌عنوان فرآیند ساخت افزایشی مبتنی بر قوس و سیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

چکیده

هدف این مقاله، ساخت یک دیواره فولادی به کمک روش جوشکاری قوس و سیم مصرفی و بررسی ابعادی، خواص مکانیکی و ریزساختاری آن است. متغیرهای انتخابی در این تحقیق، زمان توقف بین پاسی، سرعت جوشکاری و سرعت تغذیه سیم جوش می‌باشند. طبق نتایج حاصل، ارتفاع و ضخامت میانگین دیواره با افزایش سرعت جوشکاری، به دلیل رسوب کمتر جوش در لایه، کاهش می‌یابند و در ادامه، یک رابطه میان ضخامت و ارتفاع دیواره بر حسب سرعت جوشکاری و نرخ تغذیه سیم جوش ارائه گردید. زمان توقف بین پاسی بالاتر منجر به افزایش ارتفاع دیواره گردید و درصد مساحت مؤثر نیز با افزایش سرعت جوشکاری، افزایش یافت. همچنین، استحکام کششی و درصد ازدیاد طول بر حسب وجود (یا عدم وجود) حفره و نوع ریزساختار بررسی شدند. در سرعت جوشکاری بالا و زمان توقف بین پاسی زیاد، ساختار از نوع دانه‌های ستونی به همراه فریت ویدمنشتاتن ریز و پرلیت بین دانه‌ای بود. درحالی‌که، در سرعت جوشکاری پایین و زمان توقف بین پاسی کم، ساختار بیشتر از فریت بلوکی و پرلیت درشت تشکیل شد که هر دو نوع ساختار، منجر به استحکام و ازدیاد طول مناسب شدند و خواص مکانیکی نمونه‌ها بهبود یافت. اما در شرایط دیگر، که احتمال وجود فازهای ترد در منطقه متأثر از حرارت زیادتر بود، استحکام و درصد ازدیاد طول کاهش یافتند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An investigation on Dimensions, Mechanical Properties, and Microstructure of the Carbon Steel Wall using MIG/MAG Welding as a WAAM Process

نویسندگان [English]

  • S.M.A. Tabatabaei Majd
  • J. Rasti
  • H.R. Ghazvinloo
Department of Mechanical Engineering, Qom University of Technology, Qom, Iran
چکیده [English]

The purpose of this paper is to investigate the manufacturing of a steel wall using gas metal arc welding (GMAW) process and to study its dimensional features, mechanical properties, and the microstructure. The selected parameters were the interpass dwell time, the welding speed, and the wire feeding speed. Based on the results, the average wall height and thickness decreases with increasing welding speed due to less weld deposition in the layer. A relationship between the wall thickness and height in terms of the welding speed and wire feeding speed was proposed. A longer interpass dwell time increased the wall height. The effective area percentage also increased with increasing welding speed. Tensile strength and elongation (%) were investigated based on the presence or absence of voids and microstructure. In high welding speed and long interpass dwell time, the microstructure included columnar grains with fine widmanstätten ferrite and intergranular pearlite. At low welding speed and short interpass dwell time, the microstructure consisted mostly of blocky ferrite and coarse pearlite. Both of these structures showed satisfactory strength and elongation. But in the other conditions, where the possibility of brittle phases in the heat-affected zone was higher, the strength and elongation decreased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas metal arc welding
  • Additive Manufacturing
  • Steel wall
  • Dimension features
  • Mechanical properties
  • Microstructure

مراجع

  1. Frazier WE. Metal additive manufacturing: A review. J Mater Eng Perform. 2014; 23(6): 1917–28. https://doi.org/10.1007/s11665-014-0958-z
  2. Gordon JV, Haden CV, Nied HF, Vinci RP, Harlow DG. Fatigue crack growth anisotropy, texture and residual stress in austenitic steel made by wire and arc, additive manufacturing. Mater Sci Eng A. 2018; 724: 431–438. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018. 03. 075
  3. Williams SW, Martina F, Addison AC, Ding J, Pardal G, Colegrove P. Wire + arc additive Mater Sci Technol. 2016; 32: 641–647. https://doi.org/10.1179/1743284715Y.0000000073
  4. Martina F, Mehnen J, Williams S, Colegrove P, Wang F. Investigation of the benefits of plasma deposition for the additive layer manufacture of Ti-6Al-4V. J Mater Process Technol. 2012; 212: 1377–1386. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2012.02.002
  5. Selvi S, Vishvaksenan A, Rajasekar E. Cold metal transfer (CMT) technology-An overview. Def Technol. 2017; 14(1): 28-44. https://doi.org/10.1016/ j.dt.2017.08.002
  6. Zhang M, Sun CN, Zhang X, Goh PC, Wei J, Hardacre D, Li H. Fatigue and fracture behaviour of laser powder bed fusion stainless steel 316L: influence of processing parameters. Mater Sci Eng A. 2017; 703: 251–261. https://doi.org/10.1016/j.msea. 2017.07.071
  7. Simhambhatla S, Karunakaran K, Chandrasekhar U, Somashekara M. A study of the mechanical properties of objects built through weld-deposition, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Proc Inst Mech Eng, Part B. 2013; 227(8): 1138-1147. https://doi.org/10.1177/0954405413482122
  8. Haden CV, Zeng GS, Carter FM, Ruhl C, Krick BA, Harlow DG. Wire and arc additive manufactured steel: tensile and wear properties. Addit Manuf. 2010; 16: 115-123. http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2017.05. 010
  9. Lu X, Zhou YF, Xing XL, Shao LY, Yang QX, Gao1 SY. Open-source wire and arc additive manufacturing system: formability, microstructures, and mechanical properties. Int J Adv Manuf Technol. 2017; 93: 2145–2154. https://doi.org/10.1007/s00170 -017-0636-z
  10. Suryakumar S, Karunakaran KP, Chandrasekhar U, Somashekara MA. A study of the mechanical properties of objects built through weld-deposition. Proc Inst Mech Eng Part B J Eng Manuf. 2013; 227: 1138–1147. https://doi.org/10.1177/0954405413482122
  11. Ermakova A, Mehmanparast A, Ganguly S, Razavi J, Berto F. Investigation of mechanical and fracture properties of wire and arc additively manufactured low carbon steel components. Theory and Appl Fract Mech. 2020; 109: 102685. https://doi.org/10.1016/j. tafmec.2020.102685
  12. Kamyab MT, Ghodrati H, Nasiri MH, Abdollahi A, Mohbi MS. Effect of wire and arc additive manufacturing process parameters on layer geometry. First National Conference on Computational and Experimental Mechanics; 2019 Mar 1; Tehran, Iran: Shahid Rajaee Teacher Training University.
  13. Kamyab M, Mohbi MS, Hajialimohammadi A, Asadi Taheri M, Mafi A. Mechanical properties of additively manufactured 4043 alloy samples for external features of cylinder heads. Proceedings of the 11th International Conference on Internal Combustion Engines and Oil; 2020 Feb 18-20; Tehran, Iran: Research Institute of Petroleum Industry.
  14. Kou S. Welding metallurgy. 2nd ed. Hoboken (NJ): Wiley-Interscience; 2002. p. 397. ISBN: 0-471-43491-4.
  15. Sasikumar C, Oyyaravelu R. Mechanical properties and microstructure of SS 316 L created by WAAM based on GMAW. Mater Today Communic. 2024; 38: 107807. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023. 107807
  16. Sanjaya J, Ismail AI. Microstructure and mechanical properties of 308L steel wall fabricated using high-current manual GMAW-based additive manufacturing. Mater Lett. 2024; 370: 136814. https://doi.org/10. 1016/j.matlet.2024.136814
  17. Zhao W, Tashiro S, Murphy AB, Tanaka M, Liu X, Wei Y. Deepening the understanding of arc characteristics and metal properties in GMAW-based WAAM with wire retraction via a multi-physics model. J Manuf Proc. 2023; 97: 260-274. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.05.008

 

 

 

مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 43، شماره 4
آذر 1403
صفحه 37-49

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی