بخشی از مقاله
چکیده
مزایای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در مقایسه با جوشکاری های ذوبی در سال های اخیر به خوبی نشان داده شده است. در تحقیق حاضر، جوش اصطکاکی اغتشاشی سر به سر آلومینیوم خالص تجاری 1050 با استفاده از لایه میانی آلیاژ آلومینیوم 7075 در سرعت های خطی 30 و 100 میلیمتر بر دقیقه و سرعت های چرخشی 800 و 1200 دور بر دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. به منظور مقایسه بهتر، نمونه های بدون لایه میانی آلیاژ آلومینیوم 7075 نیز جوشکاری شدند. یک ابزار استوانه ای رزوه دار از جنس فولاد گرم کار به منظور اتصال ورقهای 5 میلی متری استفاده شد.
به منظور انجام بررسیهای لازم، از مشاهدات متالورژیکی توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم پویش شیمیایی عناصر و همچنین انجام آزمون مکانیکی ریز سختی و استحکام کششی نیز استفاده شد. نتایج نشان داد که اتصال بدست آمده تحت سرعت چرخشی 800 دور در دقیقه با استفاده از لایه میانی آلیاژ آلومینیوم 7075 دارای بالاترین استحکام کششی و اتصال بدست آمده تحت سرعت چرخشی 1200 دور در دقیقه و بدون استفاده از لایه میانی آلیاژ آلومینیوم 7075 دارای کمترین استحکام کششی می باشد. می توان اینگونه استنباط نمود که استفاده از لایه میانی آلیاژ آلومینیوم 7075، موجب افزایش استحکام اتصالات گردیده است.
کلمات کلیدی: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، آلومینیوم خالص تجاری 1050 ، آلیاژ آلومینیوم 7075 ، لایه میانی
مقدمه
کاهش وزن وسایط نقلیه جادهای و هوایی یکی از راهکارهای عملی برای محافظت از محیط زیست و ذخیره انرژی بوسیله بهبود مصرف سوخت است. تولید قطعات سبک از موادی نظیر آلومینیوم یکی از این اقدامات است. برای حل این مشکل قطعات سازهای را از چند ماده میسازند که هم وزن آن کاهش یابد و هم صرفه اقتصادی داشته باشد و ویژگیهای مورد نظر آن با حداقل هزینه بدست آید. آلیاژهایی سبک با چگالی کم، استحکام مخصوص بالا، خواص ضد خوردگی خوب مانند آلومینیوم، استفادههای گستردهای در صنایع حمل و نقل و ارتباطات الکترونیک دارند.
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی - FSW - ، یک فرآیند جوشکاری حالت جامد است که بوسیله انجمن جوشکاری انگلستان - TWI - در سال 1991 ارائه شد و به دلیل دمای کمتر فرآیند نسبت به جوشکاریهای ذوبی رایج، یک روش بالقوه است . مزایای ویژه این فرآیند سبب استفاده گسترده از آن در صنعت شده است. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی میتواند برای جوشکاری اکثر آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده قرار گیرد و اکسید سطحی مانعی برای انجام فرآیند نیست و نیاز به تمیزکاری اولیه قبل از جوشکاری ندارد.
طی بررسی های صورت گرفته، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی هم جنس AA1050 با و بدون استفاده از لایه میانی AA7075 در هیچ تحقیقی گزارش نشده بود، بنابراین هدف از این تحقیق، اتصال AA1050 با و بدون استفاده از لایه میانی AA7075 به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و بررسی ریز ساختار و خواص اتصال و بدست آوردن جوش بدون عیب می باشد. شجاعی فرد و همکارانش[2] مدلسازی و بهینه سازی خواص مکانیکی جوش اصطکاکی اغتشاشی آلیاژهای آلومینیوم 7075 و 5083 را انجام دادند.
ناحیه اغتشاش در این تحقیق بصورت حلقه های پیازی شامل لایه هایی از هر دو فلز پایه بود. جوش سالم تنها در سرعت چرخشی 1400 دور در دقیقه حاصل شد بطوریکه در سرعت های چرخشی کمتر و بیشتر از آن جوش های معیوب بدست آمد. همچنین مشخص گردید که با افزایش نسبت سرعت چرخشی به سرعت پیشروی بر اثر بالا رفتن حرارت ورودی اندازه دانه ها افزایش می یابد.
ورق های AA1050 به ابعاد 150 50 5 میلی متر و لایه میانی AA7075 به ابعاد 2 ، 5، 150 میلی متر برای جوشکاری برش زده شدند. سطح کلیه ورقهای برش خورده قبل از جوشکاری بمنظور از بین بردن چربی ها و اکسید های سطحی ابتدا توسط سنباده و سپس با استون تمیز گردیده و سپس با استفاده از لایه ی میانی AA7075 جوشکاری صورت گرفت. برای ساخت ابزار جوشکاری از فولاد گرمکار H13 استفاده شد که قطر و ارتفاع شانه به ترتیب 18 و 6 میلی متر و قطر و ارتفاع پین بترتیب 6 و 4/7 میلی متر بود. برای ایجاد سیلان بهتر مواد، از پین استوانه ای رزوه دار با طول گام های 1میلی متر استفاده گردید.
همچنین کف شانه ابزار به میزان 6 درجه نسبت به خط افق تقعر داده شد. تجربه نشان داده است که دستگاههای فرز با توان بیشتر از 3/5 کیلو وات را میتوان با موفقیت در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژهای آلومینیوم بکار بست. بمنظور جوشکاری در این تحقیق از دستگاه فرز سنگین با توان اسمی 7 KW استفاده گردید. لازم به ذکر است که در حین جوشکاری همواره ابزار نسبت به خط عمود بر راستای جوش زاویه 3 درجه را داشت و مقدار عمق نفوذ ابزار 4/9 میلی متر بود، همچنین پیشروی ابزار با وقفه 15 ثانیه بعد از تماس شانه در حال چرخش با سطح قطعه آغاز میشد تا ماده در زیر شانه به اندازه کافی گرم شده باشد.
فرایند در دمای محیط، بدون پیشگرم انجام شد. حکاکی نمونهها در یک مرحله صورت پذیرفت. بدلیل حرارت و کرنش بالای اعمال شده در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ریز ساختار در نمونه های جوشکاری شده پس از حکاکی بوسیله محلول حکاکی بخوبی مشخص نبود. به همین دلیل بمنظور داشتن ریز ساختار واضح تر، نمونه ها مجددا توسط محلول حکاکی الکتریکی، حکاکی گردیدند. مطالعات و بررسی ریز ساختار جوش توسط دو میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی مجهز به سیستم آنالیزگر عناصر - EDS - انجام پذیرفت.
با استفاده از میکروسکوپ نوری، ساختار دانه بندی و لایهای نواحی مختلف جوش بررسی شد و ناحیه فصل مشترک اتصال در ناحیه اغتشاشی در نزدیکی مرز اتصال AA7075-AA1050 مورد بررسی قرار داده شد. تجزیه شیمیایی عناصر به صورت نقطهای، خطی و همچنین به صورت نقشه عناصر، در نقاط انتخابی ریز ساختار جهت تشخیص لایه ها و ذرات موجود مورد استفاده قرار گرفت. از سیستم تجزیه شیمیایی عناصر جهت اندازه گیری درصد وزنی عناصر تشکیل دهنده مناطق مورد نظر نیز استفاده شد.
برای اندازهگیری سختی جوش ها، برشی از مقطع عمود جوش تهیه گردید و بعد از آماده سازی نمونه، توسط دستگاه آزمون ریزسختی، پروفیل ریزسختی از نمونه ها تهیه گردید. این آزمون برای بررسی نواحی تحت تأثیر فرایند جوشکاری انجام گرفت. برای بررسی استحکام کششی باید جوشها را تحت آزمون کششی قرار داد. آزمون استحکام کششی با نرخ حرکت فک یک میلیمتر بر دقیقه انجام گردید.
