با سلام و عرض ادب

دوستان و عزیزانی که در ضمینه انجام فرایند و یا طراحی ابزار و یا اجام پایان نامه و پروژه دررابطه با  جوشکاری اغتشاشی (fsw) نیاز به کمک دارند میتوانند به شماره زیر تماس حاصل نمایند.

 باتشکر قدمی    09179147053

مقدمه ای بر فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

مدت­هاست که گرمادهي اصطکاکي به عنوان يک روش اتصال، فرآوري و عملیات بر روي مواد استفاده مي‌گردد. اولين بار در سال 1945 براي جوشکاري مواد ترموپلاستيک^[1] از پدیده اصطکاک استفاده شد. در اين روش قطعات دوار به هم يا به سطح صاف ديگر اتصال داده مي­شدند. اين روش در سال 1956در شوروي توسط چتوديکف^[2] و بعد از آن در سال 1957 توسط ويل^[3] گسترش يافت ]1[. نهايتا در سال 1991 ميلادي، فرآيند جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي^[4] توسط موسسه TWI انگلستان ابداع گرديد.اين روش اولين بار براي آلياژ‌هاي آلومينيوم ابداع شد که يک روش جوشکاري حالت جامد^[5]محسوب می‌گردد زیرا زیرا روش­هاي جوشکاري ذوبي براي جوش دادن آلياژ‌هاي آلومينيوم که درهوافضا کاربرد وسیعی دارند، کفايت نمي­کند. آلومينيوم­هاي سري xxx2،xxx7،xxx6 و xxx5 را به عنوان آلومينيوم­هاي غير قابل جوش مي­شناسند، به دلیل ساختار ميکروسکوپي ضعيف و خلل و فرج‌­هايي که در منطقه­ياغتشاش باقي می​ماند و خواص منطقه­ي جوش که با فلز پايه قابل مقايسه نيست. بعضي آلومينيوم­ها قابليت جوشکاري خوبی دارند ولي در عوض با اکسيد‌هاي سطحي محدودیت‌های نا‌خواسته‌ایایجاد می‌کنند که بر طرف کردن آن نيز هزینه بر می​باشد]2[.

مجموع عوامل ذکرشده دست به دست هم داده تا فرایند جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي پا به دنياي صنعت بگذارد.  ايده­ي اصلي اين روش بسيار ساده بوده به گونه‌ای که فقط از يک ابزار دوّار مصرف نشدني (يک پين ويژه) برای این منظور استفاده می‌شود. دو فلزي که لازم است جوش داده شوند در وضعيت مناسب محکم نگه داشته و پين وارد خط اتصال بین اين دو فلز مي­شود و همراه با چرخش، طول خط اتصال را طي مي­کند.در نتیجه گرما به کمک اصطکاک بين ابزار و قطعه­کار ايجاد شده و حرارت متمرکز شده باعث نرم شدن مواد در نزديکي پين  می‌گردد، در نهایت حرکت دوار پين، باعث حرکت مواد از جلوي پين به عقب پين گردیده  و بر اثر اين فرایند اتصال در حالت جامد اتفاق مي­افتد]3[. شکل 1-1 نمايي از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی  و قسمت­هاي مختلف آن را نشان مي­دهد.

شکل Error! No text of specified style in document.شماتیک فرآيند جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي براي اتصال روي هم ورق­ها

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مهم‌ترين پيشرفت در اتصال فلزات در دهه­ي اخير مي­باشد. از جمله مزاياي آن راندمان انرژي بالا با مصرف انرژي کمتر نسبت به روش­هاي ديگر جوشکاري مي­باشد. ميزان آلايندگي کم و همچنين استفاده نکردن از گاز محافظ^[6]، باعث شده به اين روش لقب دوست محيط زيست بدهند. در اين روش هر نوع آلومينيومي را بدون نگراني از سازش­­پذيري ساختاری آن مي­توان به کار برد و به سهولت به هم اتصال داد. اين مزايا باعث شده تا کارشناسان پیشنهاد دهند که تا چند سال آينده اين روش جايگزين بسياري از فرآيند­هاي جوشکاري ذوبي^[7] و حتي مقاومتي در صنعت شود ]3[.

از طرفي اين روش اگرچه توانايي خود را در ايجاد جوش­هايي با کيفيت بهتر به اثبات رسانده است، اما انعطاف­پذيري کم و برخي ويژگي­هاي نامشخص، هنوز صاحبان صنایع در به کارگيري گسترده آن در صنايع تردید دارند، بنابراین بسياري از شرکت­هاي بزرگ توليدي در حال انجام تحقيقات وسيعي در اين زمينه مي‌باشند.

اخيراً تحقيقات زيادي براي مدل سازي حرارتي فرآيند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام​شده​است. تحليل​هاي دمايي براي مدل​سازي اين فرآيند انجام​ مي­شود که تاثير سايش ابزار و قطعه و همچنين تغيير شکل و جريان مواد را در حرارت توليدشده بررسي مي​کند. مدل­هاي مختلف ارائه شده براي نحوه­ي جريان مواد و توزيع حرارت ايجاد شده در حين جوشکاري راه را براي فهم بهتر تحولات ايجاد شده هموارتر مي­کند.

متغیرهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی متغیرهای زیادی وجود دارند که انتخاب صحیح هر یک از آنها می‌تواند تاثیر عمده ای بر نتایج حاصل از فرآیند داشته باشد. از جمله مهم‌ترین عوامل می توان به سرعت دورانی ابزار، سرعت پیشروی ابزار، زاویه تمایل ابزار نسبت به ورق، نیروی عمودی یا عمق نفوذ ابزار، هندسه ابزار و دمای پیش گرم قطعه کار اشاره نمود.

همان‌گونه که اشاره شد در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی حرکت چرخشی ابزار و اصطکاکی که ایجاد می شود سبب تولید حرارت، افت استحکام و افزایش شکل پذیری مواد اطراف ابزار پین شده و حرکت انتقالی سبب جابجایی مواد از جلوی ابزار به پشت آن و ایجاد اتصال بین ورقها می‌گردد. بنابراین حرارت نقش بسیار مهمی در این فرآیند ایفا می‌کند و پارامترهایی نظیر سرعت دورانی، سرعت پیشروی هندسه ابزار و متغیرهای دیگر فرآیند همگی به نحوی در کنترل میزان حرارت ورودی و به تبع آن نحوه اغتشاش و الگوی جریان ماده، تکامل ریزساختار و در نهایت کیفیت جوشکاری اثر بسزایی دارند.

هندسه ابزار

هندسه ابزار نقش کلیدی در نحوه جریان ماده و دست‌یابی به سرعت جوشکاری مناسب جهت ایجاد جوش سالم و عاری از هرگونه عیب ایفا می‌کند. طراحی هندسه ابزار می‌تواند بر عواملی مانند گشتاور، اندازه نیروهای ایجاد شده و میزان حرارت تولید شده موثر باشد.

از آن‌جایی که حرارت را اصطکاک بین شانه ابزار و قطعه کار تولید می­کند بنابراین هندسه و ابعاد شانه ابزار روی مقدار حرارت تولید شده و دمای بیشینه فرآیند موثر است اما عامل بحرانی تعیین نسبت اندازه شانه به پین می‌باشد. وظیفه دیگر شانه ابزار محبوس نمودن حجم ماده حرارت دیده است. ابزار وظایف دیگری نیز برعهده دارد و آن هم‌زنی و انتقال ماده می‌باشد که توسط پین ابزار صورت می‌گیرد. میزان همگن بودن ریزساختار و خواص جوش به طراحی ابزار بستگی دارد. معمولا از یک ابزار با شانه مقعر و پین استوانه ای رزوه دار به عنوان ابزار استفاده می شود [5]. اما با افزایش تجربه و درک بهتر جریان مواد، ابزارهایی با اشکال هندسی مختلف ساخته شد. شکل 1-3 ابزارهایی با اشکال پیچیده‌تر را نشان می‌دهد که عموما به دلیل دارا بودن شکل هندسی خاص جریان مواد را ساده‌تر می‌نمایند.

شکل 1 -3  :اشکال مختلف و پیچیده تر پین وشانه ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ]5 و 4[

مزایای جوشکاری و فرآیند اصطکاکی اغتشاشی

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در دهه اخیر به عنوان یک روش بسیار مهم در اتصال فلزات مورد استفاده قرار گرفته است. هم‌چنین به خاطر بازدهی انرژی و مناسب بودن روش از نظر محیط زیستی به عنوان یک تکنولوژی سبز⁵ شناخته می شود. در مقایسه با روشهای سنتی جوشکاری، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مقدار انرژی کمتری مصرف می‌نماید. مواد مصرفی از قبیل گاز محافظ و فلاکس نیاز ندارد و هیچ تابش مضری در طی جوشکاری ایجاد نمی­گردد.

در مقایسه با جوشکاری اصطکاکی سنتی که فرآیند جوشکاری محدود به قطعات کوچک تقارن محوری است و اتصال توسط چرخش و فشار ایجاد می‌گردید، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای قطعات با شکل‌های ساختاری پیچیده و انواع مختلف اتصال نظیر جوش لب به لب، لبه روی هم، T شکل و گوشه‌دار به کار می‌رود. مزایای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در مقایسه با روشهای سنتی در جدول 1-1 بیان گردیده است [12].

جدول1-1مزایای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در مقایسه با دیگر روشها

مزایا و محدودیت های فرآیند جوشکاری اصطکاکی– اغتشاشی

مزیت اصلی FSW نسبت به فرآیندهای جوش سنتی این است که در واقع هیچ ماده‌ای از قطعه کار درگیر ذوب نمی‌شود، بنابراین ضایعات ماده قطعه کار و ابزار حذف می‌گردد.

 برخی از مهم‌ترین مزایای FSW عبارتند از :

• عیوبی مانند تخلخل و جای‌خالی به سبب عدم تشکیل مذاب کمتر می‌باشد.
• پیچیدگی و تنش‌های پسماند در ناحیه جوش حاصل کم می‌باشد.
• از خواص مکانیکی بالاتری برخوردار است.
• صرفه‌جویی در انرژی را افزایش می‌دهد.
• این فرآیند بطور موضعی انجام گردیده و در مقاطعی از قطعه کار که نیاز به تقویت موضعی می‌باشد سودمند است.
• شرایط محیطی (وزش باد، دمای محیط) بر روی آن تاثیرگذار نیست.
• عدم وجود بخارات سمی و اشعه های مضر، باعث تشکیل یک فرآیند ایمن گردیده است [15].

برخی از محدودیتهای مرتبط با فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی عبارتند از:

ü     به گیره بستنقطعه کار دراین فرآیند معیار خیلی مهمی می‌باشد.

ü     سرعت جوشکاری آهسته می‌باشد که می‌تواند منجر به طولانی تر شدن زمان فرآیند شود.

ü     ضخامت سطح جوشکاری در طول این فرآیند بخاطر اینکه ماده پرکننده را دربرنمی‌گیرد کاهش پیدا می‌کند.

ü     یک سوراخ در انتهای مسیر جوش در محل خارج شدن پین از خود بجا می‌گذارد.

ü  انعطاف‌پذیری کمتری نسبت به جوشکاری های دستی و قوسی دارد. (برای جوشکاری باضخامت متغیر وغیرهمراستا مشکلمی باشد) [15].

کاربردهای جوشکاری اصطکاکی– اغتشاشی

کاربرد جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شامل صنایع مختلفی می‌شود که برخی از آنها عبارتند از :

• صنایع کشتی‌سازی و دریایی:جوشکاری اصطکاکی اغتشاشیبرای کاربردهای از قبیل کشتی سازی مانند ساخت بدنه کشتی­ها، شاسی اسکله‌ها، ادوات ساحلی و غیره مناسب می‌باشد.
• صنایع هوا‌فضایی : جوشکاری نمونه‌های اصلی و تولید قطعات در بیشتر صنایع هوافضا، امروزه توسط جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی صورت می‌گیرد. جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم مخازن سوخت وسایل نقلیه فضایی با موفقیت با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام گرفته شده و کاربردهای دیگر آن شامل ساخت بال ها و بدنه هواپیما می‌باشد.
• صنایع راه آهن: بیشتر کاربری جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در این صنعت شامل ساخت بدنه کانتینرها، واگن های قطار و غیره می‌باشد.
• صنایع حمل‌ و‌ نقل زمینی: در حال حاضر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشیکاربردهای متعددی در شرکت‌های اتومبیل سازی دارد که شامل ساخت شاسی اتومبیل، رینگ چرخ، بدنه کامیون، جرثقیل‌های سیار، بدنه و غیره می‌باشد [15].

• اهداف مورد تحقیق در این فرایند جوشکاری :
• *بهبود نتایج تست کشش و ضربه قطعات اتصال یافته نسبت به نتایج بدست آمده از تست های فوق، برای آلیاژهای مورد استفاده بصورت تکی.
• * کاهش عیوب متالورژیکی در اتصال آلیاژ آلمونیوم به مس.
• * با اعمال ابزار جدید شش گوش و ستاره ای شش پر می توان به همگن شدن منطقه جوش کمک کرد.

بررسی تاثیر سرعت پیشروي بر میکرو ساختار و خواص مکانیکی آلومینیوم
5083 در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی
صادقعلی فرجی 1 ، عبدالرضا سلطانی پور 2 ، خسرو فرمنش 2

توجه : اصل این مقاله متعلق به عزیزان ذگر شده در این مقاله میباشد و مطعلق به بنده نیست

چکیده
آلومینیوم 5083 داراي ویژگی هایی از جمله قیمت پایین، استحکام بالا، مقاومت به خوردگی مناسب و قابلیتشکل پذیري
خوبی می باشد. جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی، یک جوشکاري نوین حالت جامد بوده که پارامترهاي مختلفی در آن
تاثیر دارند. در این تحقیق پارامتر سرعت پیشرویجوشکاري تغییر داده شد و سپس میکروساختار و خواص مکانیکی جوش
ها مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت با توجه به نتایج آزمون ها مشاهده شد که با افزایش سرعت پیشروي، گرماي
ورودي کاهش یافته و جوش ها داراي ساختار ریزتر و خواص مکانیکی بهتري می باشند.
واژه هاي کلیدي: جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی، آلومینیوم 5083 ،سرعت پیشروي، میکروساختار، خواص مکانیکی
1دانشجوي کارشناسی ارشد - اصفهان-شاهین شهر- دانشگاه صنعتی مالک اشتر - دانشکده مهندسی مواد
2استادیار - اصفهان- شاهین شهر- دانشگاه صنعتی مالک اشتر- دانشکده مهندسی م

مقدمه
عنصر آلیاژي اصلی در آلیاژ آلومینیوم سري 5000 منیزیم می باشد که مقدار آن بین 1 تا 5 درصد بوده که با مقدار بسیار
کم منگنز و یا کرم ترکیب شده است[ 1].آلیاژهاي آلومینیوم-منیزیم داراي گستره وسیعی از استحکام، شکل پذیري خوب
و مقاومت بالا در برابر خوردگی می باشند. یکی از خواص بارز آلیاژهاي آلومینیوم-منیزیم جوش پذیري مطلوبی می باشد
که از خود نشان می دهند[ 1].آلومینیوم 5083 داراي ویژگی هایی از جمله عملیات حرارت ناپذیر، قیمت پایین، استحکام
نسبتا بالا، مقاومت به خستگی بالا، مقاومت به خوردگی عالی در برابر آب شور، شکل پذیري خوب و جوش پذیري
.[ مناسب می باشد[ 2
جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی یک فرآیند اتصال حالت جامد می باشد که در سال 1991 میلادي توسط انستیتو
در کشور انگلستانابداع گشت. در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی با توجه به این که فلز هرگز به دماي TWI جوشکاري 1
ذوبش نمی رسد، به همین دلیل یک جوش با کیفیت بالا که از عیوب جوشکاري پایینیبرخوردار می باشد، تولید می
کند.ایده اصلی جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی بسیار ساده می باشد به طوري که یک وسیله دوار مصرف نشدنی(یک پین
ویژه همراه با دندانه) را در نظر گرفته و دو فلزي که می خواهند جوش دهند را در کنار هم محکم قرار داده و پین وارد
خط اتصال این دو ورق می شود.پین همراه با چرخش طول خط اتصال را طی می کند به طوري که به این پین که داراي
زاویه انحراف معینی از خط عمود است، نیرویی نیز وارد می شود. در نهایت پین با سرعت پیشروي مشخصی حرکت کرده
که بر اثر این پروسه اتصال در حالت جامد رخ می دهد[ 3]. در شکل شماره 1 شمایی از روش جوشکاري اصطکاکی
اغتشاشی نشان داده شده است.
در جوشکاریاصطکاکی اغتشاشیمواد در دمایی پایین تر از دماي ذوب تغییر شکل زیادي کرده و دانه هاي کریستالی در
مرکز جوش ساختار نهایی هم محور و خوبی دارند[ 3].این جوشکاري با توجه به میکروساختار دانه ها و رسوبات سبب
4 می شود. همچنین (HAZ) 3 و تحت تاثیر حرارت (TMAZ) ایجاد نواحی مختلفی از جمله دکمه جوش 2، ترمومکانیکال
این نکته قابل ذکر می باشد که سمتی از جوش که در آن جهت چرخش ابزار با جهت جوشکاري یکسان است، سمت
نامیده می (R.S) و سمتی که در آن جهت چرخش ابزار عکس جهت جوشکاري می باشد، سمت پسرو 6 (A.S) پیشرو 5
شود[ 4]. در شکل شماره 2 این نواحی مشخص شده است.
[ شکل 1 : شمایی از جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی[ 3] شکل 2 : نواحی مختلف در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی[ 4
1The Welding Institu2Nugget 3Thermo-Mechanically Affected Zone4Heat Affected Zone
5Advancing side 6Retreating side
همایش صنایع معدنی، خرداد 1389 ، دانشگاه شهید باهنر کرمان
در تحقیقات اخیر یک مدل جریان حرارتی عددي 3 بعدي براي جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی آلیاژهاي آلومینیوم ارائه
: [ شده است[ 5
q =4/3π μPNR (1)
شعاع نگه دارنده می باشد. R سرعت چرخشی و N ، فشار اعمالی P ، ضریب اصطکاك μ ، گرماي ورودي q در رابطه بالا
طبق رابطه (Q) گرماي ورودي بر واحد طول باشد، سپس گرماي ورودیدر حرکت جوشکاري q با توجه به معادله ( 1) اگر
2بدست می آید:
Q = α = π αμ (2)
سرعت پیشروي جوشکاري می باشد. V بازده حرارت ورودي و α به طوري کهدر این رابطه
مواد و روش تحقیق
ماده مصرفی و شرایط جوشکاري :در این تحقیق ورق آلومینیوم 5083 با ضخامت 5 میلیمتر مورد استفاده قرار
گرفت، به طوري که ترکیب شیمیایی این ورق با آنالیز کوانتومتري اندازه گیري و در جدول شماره 1ذکر شده است.
500 میلیمتر به طور عمود بر جهت نورد از ورق اولیه برش داده شد. این ورق ها به صورت جفت × ورق هایی در ابعاد 110
در کنار هم درون فیکسچري که بر روي میز دستگاه فرز نصب گردیده بود،قرار گرفتند که به صورت شماتیکی در شکل
شماره 3 نشان داده شده است.در این جوشکاري یک ابزار غیر مصرفی(پین و نگهدارنده) مورد استفاده قرار گرفت که در
جدول شماره 2 مشخصات کامل این ابزار ذکر شده است.
جدول 1 : ترکیب شیمیایی ورق 5083 مورد استفاده
عنصر Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Pb Zn Ti Al
0/116 0/452 0/0268 0/722 4/38 0/0935 0/005 0/417 0/25 0/ باقیمانده 0194
درصد
وزنی(%)
جدول 2 : مشخصات ابزار دستگاه
شکل 3 : شمایی از ورق هاي جفت شده جهت جوشکاري
ورق ها قبل از جوشکاري در محلول هیدروکسید سدیم به مدت 10 الی 15 ثانیه شستشو داده شد تا کلیه اکسیدها و
ناخالصی ها و چربی ها از سطح ورق زدوده شوند. متغییرهاي جوشکاري و علائم مورد استفاده طبق جدول شماره 3 می
باشد.
جنس پین
ارتفاع پین
(میلیمتر)
قطر پین
(میلیمتر)
قطر شولدر
(میلیمتر)
29/95 5/72 4/85 H فولاد 13
بررسی تاثیر سرعت پیشروي...
جدول 3: پارامترهاي جوش
سرعت پیشروي
(mm/min)
نیروي اعمال
(KN)
زاویه انحرافپین
(°)
سرعت چرخشی
(rpm)
کد جوش
F1 400 2 11/435 20
F2 400 2 11/435 32
F3 400 2 11/435 50
F4 400 2 11/435 63
بررسی ریز ساختاري :سطح مقطع جوش ها به صورت عمود بر جهت جوشکاري براي آنالیز و بررسی ریزساختاري
برش و سپس به کمک سمباده هاي شماره 240،400،600،800،1000 سمباده زنی شد. بعد از پولیش، به نمونه ها به عنوان
قطب مثبت و فولاد زنگ نزن به عنوان قطب منفی در یک سلول حاوي محلول 30 % اسید نیتریک + متانول به مدت 3
7 ولت اعمال شد. سپس به مدت 5 ثانیه در محلول 10 % اسیدنیتریک + آب مقطر غوطه ور شده تا / دقیقه، ولتاژ 5
محصولات خوردگی از سطح زدوده شوند. در نهایت با میکروسکوپ نوري ساختار سطح مقطع نواحی مختلف جوش و
فلز پایه مورد بررسی قرار گرفت.
2/ آزمون میکروسختی : در این آزمون بار 200 گرم براي مدت 15 ثانیه در خط وسط سطح مقطع و در فاصله 5
میلیمتري از سطح جوشاعمال شد تا پروفیل سختی بدست آید. سختی از مرکز جوش در نقاطی با فاصله 1 میلیمتر از هم در
دو سمت پیشرو و پسرو اندازه گیري شد.
آزمون کشش :در شکل شماره 4 یک نمونه کشش و نحوه برش نمونه هاي کشش از جوش نشان داده شده است. کلیه
آماده شدند[ 6]. آزمون کشش با سرعت ثابت DIN 50120 Part نمونه هاي آزمون کشش بر حسب استاندارد 2
1 در دماي محیط براي فلز پایه و کلیه جوش ها انجام شد. mm/min
شکل 4 : نمونه آزمون کشش، ابعاد و نحوه برش از جوش
نتایج و بحث
و ضریب (α) میکروساختار و گرماي ورودي :با توجه به روابط 1 و 2 و با فرض ثابت بودن بازده حرارت ورودي
گرماي ورودي کلیه جوش ها طبق جدول 4 می باشد. ،(μ) اصطکاك
همایش صنایع معدنی، خرداد 1389 ، دانشگاه شهید باهنر کرمان
جدول 4 : مقایسه گرماي ورودي در جوش هاي نهایی
گرماي ورودي جوش F گرماي ورودي در مقایسه با 1
F1 = 20
F2 = 32
F3 = 50
F4 = 63
بوده که کمترین سرعت پیشروي را داراست و کمترین گرما در F بر طبق جدول 4 بیشترین گرماي ورودي در جوش 1
به ناحیه جوش وارد می شود که داراي بیشترین سرعت پیشروي است. بنابراین در این جوشکاري هرگاه سایر F جوش 4
پارامترهاي جوشکاري از جمله سرعت چرخشی، زاویه انحراف پین و نیروي اعمالی به پین ثابت باشد، با کاهش سرعت
پیشروي گرماي ورودي به قطعه افزایش می یابد به خاطر این که با کاهش سرعت پیشروي پین در حین جوشکاري، مدت
زمان اصطکاك بین پین و نمونه افزایش یافته که این امر سبب تولید گرماي بیشتري در حین جوشکاري می شود.
شکل شماره 5شامل تصاویر میکروسکوپی از فلز پایه و ناحیه دکمه جوش ها می باشد و در جدول 5 نیزمیانگین عدد اندازه
دانه فلز پایه و ناحیه دکمه جوش ذکر شده است.
a) فلز پایه : e)F4b)F1c)F2 d)F شکل 5 : میکروساختار فلز پایه و دکمه جوش 3
جدول 5 : عدد اندازه دانه
فلز پایه F1 F2 F3 F4
6/8 8/75 8/895 9/05 9/25 میانگین عدد اندازه دانه
بررسی تاثیر سرعت پیشروي...
در شکل شماره 6 ساختار نواحی دکمه جوش و ترمومکانیکال کلیه جوش ها و در شکل شماره 7 نواحی تحت تاثیر
حرارت و ترمومکانیکال نشان داده شده است.
a)F1 b)F2 c)F3 d)F شکل 6 : ساختار نواحی دکمه جوش و ترمومکانیکال 4
a)F1 b)F شکل 7 : نواحی ترمومکانیکال و تحت تاثیر حرارت 3
همایش صنایع معدنی، خرداد 1389 ، دانشگاه شهید باهنر کرمان
در جوش هاي اصطکاکی اغتشاشی در منطقه دکمه جوش دانهها کاملاً هم محور وریز هستند که اندازه دانهها کوچکتر از
دانههاي فلز پایه و نشانهاي از وقوع تبلورمجدد دینامیکی در این ناحیه بوده که با کاهش گرماي ورودي دانه ها ریزتز می
شوند. اما در مورد ناحیه ترمومکانیکال دانههاي کشیده شده در سمت سیلان ماده، مشخصه بارز این منطقه است که با
وجود تغییر فرم پلاستیکی شدید، تبلورمجدد دینامیکی در این منطقه رخ نداده و لذا دانه ها همچنان شکل کشیده خود را
.[ حفظ نمودهاند[ 7,3
آزمون میکروسختی : در شکل 8 منحنی هاي میکروسختی در نواحی مختلف جوش ها با یکدیگر مقایسه شده است.در
کلیه جوش ها، سختی در نواحی تحت تاثیر حرارت و ترمومکانیکال نسبت به فلز پایه شروع به کاهش کرده تا اینکه در
ناحیه دکمه جوشمقدار سختی شروع به افزایش می کند[ 8]. در مرکز جوش این افزایش سختی در بالاترین مقدار قرار
داراي F و 1 F برابر با فلز پایه و جوش هاي 2 F بالاتر از سختی فلز پایه، 3 F داشته، به طوري که سختی در مرکز جوش 4
سختی پایین تري نسبت به فلز پایه می باشد.
علت افزایش سختی در ناحیهدکمه جوش ناشی از این بوده که هم اندازه دانه و هم کارسختی باقیمانده در فرآیند اغتشاش
کاهش یافته که بر اثر تغییر فرم پلاستیکی شدید و گرماي اصطکاکی در حین جوشکاري ایجاد می شود. این ناحیه داراي
دانسیته پایینی از ذرات درشت و دانسیته بالایی از ذرات ریز می باشد. پروفیل سختیاساسا به دانسیته نابجایی ارتباط دارد،
چون که مکانیزم سختی حاکم بر آلومینیوم هاي عملیات حرارت ناپذیر، کرنش سختیمی باشد[ 9]. بیشترین میزان سختی
در مرکز دکمه جوشو کمترین میزان سختی در ناحیه ترمومکانیکال در قسمت پسرورخ می دهد. کاهش سختی در ناحیه
ترمومکانیکال مربوط به انحلال ذرات فاز دوم و خشن شدندانه ها بوسیله شرایط ترمودینامیکی می باشد، هر چند دانسیته
.[ نابجایی در این ناحیه پایین بوده که احتمالا ناشی از بازیابی دینامیکی و تبلور مجدد است[ 9
شکل 8 : مقایسه منحنی هاي میکروسختی
بررسی تاثیر سرعت پیشروي...
آزمون کشش : در جدول شماره 6 نتایج حاصل از آزمون کشش ذکر شده است. در کلیه جوش ها شکست در ناحیه
جوش و در قسمتپسرورخ داده به طوري که شکست از انتهاي مرکز جوش آغاز و در 3 تا 4 میلیمتري از سطح مرکز جوش
ختم می شود.
جدول 6 : نتایج تست کشش در سرعت ثابت
استحکام
(Mpa) نهایی
استحکام
(Mpa) تسلیم
درصد ازدیاد
طول
مسیر شکست
انتها ابتدا
B.M 330 288 14/7 - -
F1 228 196 7/ 3میلیمتر از مرکز مرکز جوش 5
F2 248 219 7/ 3میلیمتر از مرکز مرکز جوش 9
F3 278 248 11/ 3میلیمتر از مرکز مرکز جوش 2
F4 290 258 13/ 3میلیمتر از مرکز مرکز جوش 7
در آزمون کشش شکست در قسمت پسرو رخ داده که نشان دهنده ضعیف بودن این ناحیه نسبت به قسمت پیشرو می باشد.
با توجه به نتایج حاصل از آزمون میکرو سختی(که قسمتپسروداراي سختی پایین تري نسبت به پیشرومی باشد) مشاهده شد
که شکست در ناحیه اي رخ داده که داراي پایین ترین مقدار سختی می باشد. شکست در کلیه جوش ها به صورت مورب
رخ بوده، به طوري که از انتهاي مرکز جوش شروع و در فاصله 3تا 4 میلیمتري سطح ختم می شود.
بسیاري از مطالعات نشان دادند که دانه هاي تبلورمجدد یافته دینامیکی در طی اغتشاش در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی
شکل گرفته اند. بعد از عبور ابزار جوشکاري، این دانه هاي تبلورمجدد شده دینامیکی در طی سرد شدن سیکل حرارتی
رشد می کنند. این بدان معناست که گرماي ورودي بیشتر باعث بزرگ شدن دانه ها با یک دانسیته پایین نابجایی ها و ریز
.[ مرزها در ناحیه اغتشاش می شود[ 10
آلیاژهاي آلومینیوم به طور کلی با یک افزایش در اندازه دانه شکننده می شوند، به خاطر اینکه شکست بین دانه اي به
آسانی رخ می دهد و همینطور اندازه دانه هاي فرعی با افزایش گرماي ورودي در طی جوشکاري افزایش می یابد[ 10 ].با
می باشد. بنابراین با افزایش گرماي ورودي، دانه ها F1>F2>F3>F توجه به جدول 4میزان گرماي ورودي به صورت 4
بزرگتر می شوند که در تصاویر میکروسکوپی شکل 5 این رشد دانه ها در ناحیه اغتشاشات نشان داده شده است.
نتیجه گیري
1. در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی در منطقه دکمه جوش کلیه دانه ها داراي ساختار ریز و هم محوري می باشند که با
افزایش سرعت پیشروي، گرماي ورودي کاهش یافته و دانه ها ریزتز می شوند.
2. ناحیه ترمومکانیکال داراي دانه هاي کشیده اي بوده و تبلور مجدد دینامیکی در این ناحیه رخ نمی دهد.
3. بیشترین میزان سختی در مرکز جوش و کمترین سختی مربوط به ناحیه ترمومکانیکال می باشد، که با ریز شدن دانه ها
میزان سختی افزایش می یابد.
همایش صنایع معدنی، خرداد 1389 ، دانشگاه شهید باهنر کرمان
4. خواص کششی جوش ها به سرعت پیشروي در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی وابسته بوده به طوري که با افزایش
سرعت پیشروي، خواص مکانیکی جوش ها بهبود می یابد.
5. سختی و خواص کششی ناحیه پسرو نسبت به پیشرو پایین تر می باشد.
مراجع
1. J.Randoloh Kissell.Robert L.Ferry,Aluminum Structures, 1995, John Wiley&Sons
Inc, united states of america, PP.10.13.
2. Brian M.Salerno , Aluminum Structure Design And Fabrication Guide, U. S . Coast
Guard.
3. R.S. Mishra and Z.Y. Ma, “Friction stir welding and processing”, Materials Science
and Engineering, 50, 2005, 1–78.
4.C. A. Widener,"Evaluation of post-weld heat treatments for corrosion protection in
friction stir welded 2024 and 7075 Aluminum Alloys",Thesis on Doctor of Philosophy,
Wichita State University, USA, 2005.
5.Y.G.Kim,H.Fujii,T.Tsumura,T.Komazaki and K.Nakata,“Three defect types in
friction stir welding of aluminium die casting alloy”, Materials Science and Engineering
, 415, 2006, 250-254.
6. Din Handbook welding 1, 50121 Part 1, published by DIN Deutsches Institut fur
Nurmung e.v., January 1978.
7. Tomotake Hirata, Taizo Oguri, Hideki Hagino, Tsutomu Tanaka,Sung Wook Chung,
Yorinobu Takigawa and Kenji Higashi, “Influence of friction stir welding parameters on
grain size and formability in 5083 aluminum alloy”, Materials Science and Engineering,
456, 2007, 344–349.
8. M. Ericsson and R. Sandstrom, “Influence of welding speed on the fatigue of friction
stir welds,and comparison with MIG and TIG”, International Journal of Fatigue, 25
,2003, 1379–1387.
9. M.P. Miles, B.J. Decker and T.W. Nelson, “Formability and Strength of Friction-Stir
Welded Aluminum Sheets”, Metallurgicall and Materials Transaction, 35, 2004,
3461,3468.
10.Yutaka S. Sato, Yusuke Sugiura, Yohei Shoji, Seung Hwan C. Park,Hiroyuki
Kokawa and Keisuke Ikeda, “Post-weld formability of friction stir welded Al alloy
5052”, Materials Science and Engineering, 369 ,2004, 138–143.