افزایش چشم گیر خواص مکانیکی جوش با کاربرد نانوذرات

خواص مکانیکی جوش الکترود‌های جوشکاری نوع سلولزی به‌دست پژوهشگران ایرانی بهبود چشم‌گیری پیدا کرد.

خواص مکانیکی جوش الکترود‌های جوشکاری نوع سلولزی به‌دست پژوهشگران ایرانی بهبود چشم‌گیری پیدا کرد. این محققان با افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به روکش این نوع الکترود علاوه‌بر بهبود این خواص، باعث توزیع یکنواخت مراکز مستعد برای جوانه زنی فریت سوزنی در فلز جوش شدند.

در این کار تحقیقاتی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در روکش الکترود جوشکاری AWS E6010 که یک الکترود از نوع سلولزی است مورد استفاده قرار گرفته است. در حین جوشکاری با این الکترود، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم وارد حوضچه جوش شده و توزیع یکنواختی از مراکز مستعد برای جوانه زنی فریت سوزنی در فلز جوش ایجاد می‌نمایند. با افزایش درصد فریت سوزنی خواص مکانیکی جوش حاصل از این الکترود، افزایش چشمگیری در مقایسه با جوش الکترود سلولزی مشابه بدون نانوذرات داشته است.

مهندس مهدی فتاحی، فارغ التحصیل کارشناسی ارشد رشته مهندسی بازرسی فنی دانشگاه صنعت نفت، در این باره افزود: «الکترودهای جوشکاری سلولزی با توجه به حساسیت کاربردشآنکه در جوشکاری خطوط لوله نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند خواص مکانیکی و ریز ساختار جوش این الکترودها از اهمیت زیادی برخوردار است، در این پروژه سعی شده است تا با کمک فناوری نانو خواص مکانیکی و ریزساختار جوش الکترود سلولزی AWS E6010 بهبود داده شود. از اینرو با استفاده از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم که در روکش این الکترودها استفاده شده است خواص مکانیکی مخصوصا چقرمگی (تافنس) جوش این الکترودها تا دو برابر افزایش داده شده است. بهبود چقرمگی جوش این الکترود از ایجاد و گسترش ترک‌هایی که در حین و بعد از جوشکاری ایجاد می‌شود جلوگیری نموده و هزینه تعمیرات بعد از جوشکاری و یا شکست‌های احتمالی را نسبت به الکترودهای جوشکاری بدون نانو را به‌صورت چشمگیری کاهش می‌دهد.»

در این تحقیق از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم برای جوانه زنی فریت سوزنی (Acicular Ferrite) که بهترین ریزساختار شناخته شده در فولادهای کم کرین است استفاده شده است. نانوذرات با توزیع یکنواختی که در حوضچه جوش ایجاد می‌کنند مراکز اکسیدی پایه تیتانیوم بسیار مناسبی برای جوانه زنی فریت سوزنی ایجاد می‌نمایند و سبب افزایش جوانه زنی فریت سوزنی و بهبود خواص مکانیکی جوش این الکترودها می‌شوند. آخال پایه تیتانیوم ایجاد شده در حوضچه جوش منگنز اطراف خود را جذب کرده و از آنجایی که منگنز پایدار‌کننده فاز آستنیت (Austenite) در فولاد است با تشکیل این مناطق تهی شده از منگنز، فریت سوزنی شروع به جوانه زنی از این آخال پایه تیتانیوم می‌کند و باعث افزایش قابل ملاحظه این ریزساختار در فلز جوش می‌شود.
 

وی در مورد نتایج این تحقیقات نیز گفت: « در این پروژه با افزودن مقادیر بسیار کمی از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به روکش الکترود سلولزی AWS E6010 خواص مکانیکی مخصوصا چقرمگی آن تا دو برابر افزایش داده شده است. از آنجایی که خواص مکانیکی الکترودهای روکش دار جوشکاری بهبود داده شده به‌وسیله‌ی فناوری نانو در مقایسه با الکترودهای جوشکاری بدون نانو بسیار بالا است و عیوب ایجاد شده در جوش این الکترودها نیز در مقایسه با نمونه بدون نانوذرات بسیار کمتر است. این الکترودها می‌توانند جایگزین بسیار مناسبی برای الکترودهای جوشکاری معمولی که هم اکنون در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند باشند.»

با بهبود خواص مکانیکی مخصوصا چقرمگی جوش الکترودهای‌های روکش دار سلولزی AWS E6010 از ایجاد و گسترش ترک‌هایی که در حین و بعد از جوشکاری ایجاد می‌شود می‌توان به صورت قابل ملاحظه‌ای جلوگیری کرد. از آنجایی که این الکترودها در جوشکاری پاس ریشه خطوط لوله استفاده می‌شوند بهبود خواص مکانیکی و ریزساختاری جوش این الکترودها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و این الکترودها در آینده می‌توانند جایگزین مناسبی برای الکترودهایی که هم اکنون مورد استفاده قرار می‌گیرند باشند.

به گفته فتاحی، این کار تحقیقاتی با همکاری دانشگاه صنعت نفت و شرکت الکترود‌سازی آما انجام شده است که الکترودهای جوشکاری روکش دار به‌صورت نیمه‌صنعتی در کارخانه تولید شد و محدودیتی برای تجاری‌سازی و تولید صنعتی آن وجود ندارد و در اداره مالکیت صنعتی به شماره ۶۹۲۱۸ ثبت شده است.

نتایج این کار تحقیقاتی که به دست مهندس مهدی فتاحی و همکاران وی صورت گرفته است، در مجله Micron (جلد ۴۵، فوریه سال۲۰۱۳، صفحات ۱۰۷–۱۱۴) منتشرشده است.