بخشی از مقاله
چکیده
جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی ،نوعی روش نوین جوش حالت جامد است.و نخستین بار براي آلیاژهاي آلومینیم به ویژه براي آن گروه از آلیاژهاي آلومینیم که روشهاي جوشکاري ذوبی براي آنها مناسب نمیباشد مانند آلیاژهاي آلومینیوم 7075 ابداع گردید.
در این تحقیق به مقایسه تاثیر جنس ابزار بر استحکام کششی و سختی آلیاژ آلومینیم 7075 با ضخامت 6 میلی متر پرداخته میشود.پارامترهاي این تحقیق عبارتند از جنس ابزار که از فولاد گرمکار و نیز تلفیق این فولاد و تنگستن کارباید است میباشد.نتایج بدست آمده نشان داد قطعه جوشکاري شده با ابزار پین تنگستن کارباید داراي بیشترین سختی و بالاترین استحکام کششی در ناحیه جوش و کمترین عرض ناحیه نرم میباشد
مقدمه
در سال1991 موسسه جوشTWI 1 روش جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی را به عنوان نوعی روش جوشکاري حالت جامد ابداع کرد این روش ابتدا براي جوش دادن آلیاژ هاي آلومنیوم سري 2000 و7000 به کار گرفته شد در این روش عملیات جوشکاري توسط ابزاري متشکل از دو قسمت پین وشانه صورت میگیرد ابزار با سرعت دورانی مناسب وارد فصل مشترك بین دو قطعه شده و با ایجاد حرارت ناشی از اصطکاك بین ابزار و قطعات ، تغییر شکل مواد را به دنبال دارد که با پیشروي ان اتصال دو قطعه به یکدیگر صورت میگیرد جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی در طول فرایند گرماي کمتري نسبت به جوش هاي سنتی ایجاد میکند ولی با این حال همین مقدار حرارت باعث تغیرات متالوژیکی در ماده میشود این تغیرات متالوژیکی باعث افت خواص مکانیکی نسبت به فلز پایه میشود..و در نهایت باعث ایجاد تنش پسماند در ماده میشود.
.بنابراین با کنترل چرخه حرارتی در این نوع جوش میتوان خواص فلز را بهبود بخشید.در آلیاژهاي الومینیم عامل ایجاد استحکام وجود رسوبهاي تقویت کننده میباشد.درجه حرارت انحلال این رسوبها از درجه حرارت در هنگام جوشکاري پایین تر میباشد.بنابراین بسیاري از این رسوب ها در هنگام جوشکاري حل میشود.و همین امر باعث کاهش شدید خواص مکانیکی نسبت به فلز پایه میگردد.استفاده از ماده خنک کننده در حین جوشکاري از رسیدن به دماي مورد نیاز براي انحلال این رسوبها جلوگیري میکند.به همین علت باعث تقویت خواص مکانیکی جوش میشود.
جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی آلیاژهاي الومینیم به وسیله کنترل چرخه حرارتی سبب افزایش خواص مکانیکی ناحیه جوش میشود.که این امر به وسیله پژوهشگران گوناگونی مورد بررسی قرار گرفته است.
کاوالیر و همکارانش[1] مشخص نمود.که نسبت بالاي گام جوشکاري سبب کاهش اندازه دانه هاي تبلور مجدد یافته خواهد شد.بررسیهاي که روي جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 7075 انجام شد نشانگراین است که با افزایش نسبت گام جوشکاري - - v/w اندازه دانه هاي تبلور مجدد یافته دینامیکی کاهش مییابد.از سوي دیگر ، بررسی شدت خنک کنندگی محیط جوشکاري و دماي اولیه قطعه کار بر اندازه دانه هاي تبلور مجدد یافته توسط پژوهشگران گوناکون بررسی شده است.
-2روش تحقیق
در این تحقیق عملیات جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی روي ورقهاي نورد سرد شده آلومینیم7075 به ضخامت mm6 در حالت خنک کاري پاششی انجام شد.ترکیب شیمیایی آلیاژ آلومنیوم 7075 در جدول شماره - 1 - آمده است.
جدول - 1 - ترکیب شیمیایی آلیاژ آلومنیوم 7075
ورقها با استفاده از دستگاه گیوتین به ابعاد6*100*200 میلیمتر به گونهاي که جهت نورد در عرض ورق واقع شود.و سپس دو ورق به صورت لب به لب در داخل فیکسچر محکم ثابت شدند که لبهاي آنها کاملا باهم در تماس بوده و هیچگونه فضاي خالی در ببین دو لبه ایجاد نشود.
فرایند جوشکاري در جهت طولی نمونه ها که همان عمود بر جهت نورد سرد ورق میباشد با استفاده از یک دستگاه فرز اونیورسال M4FP در یک سرعت دورانی و پیشروي ثابت انجام شد. که بر اساس کارهاي انجام گرفته قبلی این سرعتهاي دورانی و پیشروي بدست آمد که بسیار بهینه میباشد - سرعت دورانی rpm 1200 وسرعت پیشروي mm/min72ا نجام آزمایش در زیر آب به منظور کنترل چرخه حرارتی میباشد.
که نحوه کار سیستم خنک کاري هوشمند به شرح ذیل میباشد.جهت کنترل دماي آب حوضچه از یک ترمومتر استفاده شده است که سنسور دمایی آن داخل حوضچه قرار گرفته است. این ترمومتر به گونه اي تنظیم شده است که میتواند در هنگام جوشکاري دماي حوضچه را بین 20تا30درجه سانتی گراد تنظیم نماید ابزارهاي مورد استفاده در این فرایند داراي پین استوانه اي و سطح شانه مقعر هستند[2] که زاوي اي 5 درجه به سمت داخل می باشد که این سطح موجب میشود تا مواد به واسطه چرخش پین وارد محفظه حاصل از این زاویه شده و در هنگام عبور ابزار با نیروي زیادي به سمت پایین فورج شود همچنین مرکز ابزار میبایست به دقت با لبه هاي در تماس نمونه ها تنظیم گردد. جنس ابزار از فولاد گرم کار 13H و تلفیقی از فولاد گرم کار و تنگستن کارباید - شانه 13H و پین تنگستن کارباید - میباشد
-3 نتایج و بحث
1-3 انتخاب ابزار مناسب جهت فرآیند جوشکاري
از میان 2 ابزار استفاده شده - فولاد گرم کار 13H و ابزار با پین تنگستن کارباید - در این آزمایش، جوشکاري با موفقیت صورت پذیرفت.اما در این تحقیق براي پین هر دو ابزار مشکلاتی به وجود آمد.مشاهده گردید که پین ابزار جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی با جنس فولاد 13H دچار تغییر فرم میگردد.[3]و این مشکل سبب می شود که در نمونههاي بعدي ابزار تعویض گردد.که اگر این اقدام صورت نگیرد در کیفیت اتصال و خواص مکانیکی تاثیر گذار است.
لذا در جهت رفع این مشکل،از ابزار ي استفاده شد که مشکل ذکر شده را رفع نماید.با توجه به خصوصیات مکانیکی و متالوژیکی تنگستن کارباید به عنوان پین ابزار جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی انتخاب گردید .با توجه به این که این آلیاژ قیمت بالاي دارد تمام ابزار را از این جنس نخواستیم.بلکه فقط پین ابزار از این جنس انتخاب گردید.که پین با جنس این آلیاژ با پرس کردن و جوش نرم به قسمت شانه ابزار که از جنس فولاد گرم کار 13H میباشد متصل گردید . البته در این ابزار به علت سختی بالاي پین و حالت ترد بودن آن و حرکت به یکباره میز دستگاه ،پین در مراحله اولیه جوش دچار شکست شد.که در آزمایشات بعدي از حرکت به یکباره میز دستگاه خودداري شد.
1-1-3 کیفیت ظاهري نمونههاي جوشکاري شده
ابتداییترین روش ارزیابی نمونه جوشکاري شده بازرسی چشمی است که از طریق آن می توان به بسیاري از عی وب نمونه جوشکاري شده پی برد .فرآیند جوشکاري مناسب و موفقی با دو ابزار تنگستن کارباید و H13 انجام گرفت.براي بر طرف کردن عیوب بعضی از نمونه هاي جوشکاري،آزمایشات مجددا تکرار شد. سطح نمونه هاي جوشکاري شده با ابزار تنگستن کاربایدي از زبري بیشتري نسبت به سطح نمونه با ابزار H13 خوردار بود که دلیل آن را میتوان ایجاد حرارت کمتر در هنگام کار با ابزار تنگستن کارباید دانست.
