a critical review on dissimilar welding of stainless steels to titanium alloys: technology and metallurgy

The jointment of titanium alloys to stainless steel poses significant challenges due to their substantially different physical, chemical, and thermal properties. the joint properties of 304 stainless steel and ti6al4v are highly important due to the extensive industerial application of 304 stainless steel and ti6al4v alloy. the formation of brittle intermetallic compounds such as fe2ti and feti in the weld zone is a primary cause of decline in joint strength and failure. this study investigates various welding methods, including solid-state and fusion weldings, and analyzes the impact of interlayer materials on improving the joint quality. various welding methods have been used to join these two alloys among which, liquid-state weldings such as high energy beam welding, resistance welding, arc welding, and solid-state weldings like diffusion welding, friction stir welding can be mentioned. the results indicate the crucial role of welding process and parameter optimization for preventing the formation of intermetallic compounds and enhancing the joint strength. diffusion bonding using niobium interlayer leads to the highest tensile strength (417.5 mpa) among the solid-state welding processes. additionally, a combination of copper and vanadium interlayers in laser welding technique demonstrated significant strength of 350 mpa among the fusion welding techniques. in fusion welding processes, the use of copper as an interlayer not only reduced residual stresses but also prevented the formation of brittle phases, thereby, improving joint quality. this research highlights that the use of interlayers such as copper, nickel, silver, and niobium, combined with optimized welding processes, can effectively overcome the relevant challenges. these findings provide valuable guidance for designing welding processes and expanding industrial applications. the joint mechanical properties of the solid and liquid state weldings of stainless steels and ti alloys were listed over the previous 3 decades.

بررسی انتقادی جوشکاری غیرهمجنس فولادهای زنگ‌نزن به آلیاژهای تیتانیوم: فناوری و متالورژی

در این مطالعه، به چالش‌های اتصال آلیاژهای تیتانیوم به فولاد زنگ‌نزن پرداخته شده است؛ چالش‌هایی که عمدتاً ناشی از تفاوت‌های قابل‌توجه در خواص فیزیکی، شیمیایی و حرارتی این دو نوع ماده هستند. خواص اتصال بین فولاد زنگ‌نزن 304 و آلیاژ ti6al4v از اهمیت بالایی برخوردار است، چرا که هر دوی این مواد در صنایع گوناگون کاربرد وسیعی دارند. تشکیل ترکیبات بین‌فلزی ترد مانند fe₂ti و feti در ناحیه جوش از عوامل اصلی کاهش استحکام اتصال و بروز شکست به‌شمار می‌رود.در این پژوهش، روش‌های مختلف جوشکاری از جمله جوشکاری در حالت جامد و حالت مذاب بررسی شده و تاثیر لایه‌های بین‌فلزی بر بهبود کیفیت اتصال مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. از میان روش‌های به‌کاررفته برای اتصال این دو آلیاژ می‌توان به جوشکاری‌های حالت مذاب مانند پرتو پرانرژی، جوش مقاومتی، جوش قوسی و نیز جوشکاری‌های حالت جامد نظیر جوشکاری نفوذی و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی اشاره کرد. نتایج نشان می‌دهند که انتخاب فرآیند مناسب جوشکاری و بهینه‌سازی پارامترها نقشی کلیدی در جلوگیری از تشکیل ترکیبات بین‌فلزی و افزایش استحکام اتصال دارد. استفاده از لایه میانی نیوبیوم در فرآیند جوشکاری نفوذی بالاترین استحکام کششی (417.5 مگاپاسکال) را در میان روش‌های حالت جامد نشان داده است. همچنین، استفاده ترکیبی از لایه‌های میانی مس و وانادیوم در روش جوشکاری لیزری، به استحکام قابل توجهی معادل 350 مگاپاسکال در میان روش‌های جوشکاری ذوبی منجر شد. در فرآیندهای جوشکاری ذوبی، به‌کارگیری لایه میانی مس، ضمن کاهش تنش‌های پسماند، از تشکیل فازهای ترد نیز جلوگیری کرده و کیفیت اتصال را بهبود می‌بخشد. این پژوهش نشان می‌دهد که بهره‌گیری از لایه‌های میانی نظیر مس، نیکل، نقره و نیوبیوم همراه با فرآیندهای جوشکاری بهینه‌شده می‌تواند به‌طور موثری بر چالش‌های اتصال بین فولاد زنگ‌نزن و آلیاژهای تیتانیوم غلبه کند. این یافته‌ها راهنمای ارزشمندی برای طراحی فرآیندهای جوشکاری و گسترش کاربردهای صنعتی به‌شمار می‌رود. همچنین خواص مکانیکی اتصال‌های جوشکاری جامد و مذاب بین فولادهای زنگ‌نزن و آلیاژهای تیتانیوم طی سه دهه گذشته مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته‌اند.