بخشی از مقاله
خلاصه
در اتصالات ایجاد شده به روشهای جوشکاری نقطهای ذوبی، تولید حرارت و نیروی بیش از حد سبب افت خواص مکانیکی و به هم ریختگی ریز ساختار شده است. این در حالی است که در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای، که یکی از انواع روشهای جوشکاری حالت جامد است، خواص مکانیکی و ریزساختار مناسب ایجاد شده است. در این فرآیند در اثر اصطکاک به وجود آمده ناشی از دوران ابزار، عمل اتصال در فلزات پایه صورت میگیرد. هدف از انجام این تحقیق بررسی رفتار برشی اتصال ایجاد شده توسط فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای در آلیاژ آلومینیوم 7075-T6 است. در این تحقیق، به بررسی تأثیر عمق نفوذ ابزار و صفحه پشتیبان با جنسهای مختلف بر استحکام برشی اتصال و هندسه سطوح قسمتهای مختلف اتصال پرداخته شده است.
نتایج بدست آمده نشان میدهد در اتصالات با صفحه پشتیبان تیتانیومی، جریان رو به پایین مواد پلاستیکی از قسمت پایینی ورق رویی بواسطه تمرکز حرارتی شدید در منطقه اختلاط ایجاد شده است. از طرفی با افزایش عمق نفوذ، سطح اتصال جوش افزایش یافته و در اثر تغییر شکل پلاستیک شدید ایجاد شده در منطقه اتصال، ورق بالایی دچار اعوجاج و تابیدگی شده است. همچنین نتایج آزمایش استحکام برشی اتصال نشان میدهد که میزان استحکام برشی و قابلیت تغییر شکل اتصالات با صفحه پشتیبان آلومینیومی نسبت به ورقهای جوشخورده با صفحه پشتیبان تیتانیومی در تمامی عمق نفوذها بیشتر است.
.1 مقدمه
امروزه، استفاده از فلزات سبکوزن از قبیل آلیاژهای آلومینیوم به سرعت در صنایع هوافضا، کشتی سازی1 و اتومبیل سازی که صرفهجویی در وزن سازه بسیار حائز اهمیت است، در حال افزایش است .[1] موسسه جوش2 بریتانیا در سال 1991 روشی در حالت جامد به نام جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی3 را برای اتصال این آلیاژها معرفی نموده است .[2] امروزه، این روش به طور گستردهای در صنایع مختلف بعنوان جایگزین روشهای متداول ذوبی مورد استفاده قرار گرفته است .[3] یکی از مهمترین دستاوردهای روش FSW، فرآیند جوشکاری نقطهای اصطکاکی اغتشاشی4 نامیده شده است .[4] مزایای بیشمار این فرآیند سبب شد تا در صنایع گوناگون بعنوان جایگزینی مناسب برای فرآیندهای اتصالدهی نقطه-ای مطرح شود.
روشهای مختلفی از قبیل جوشکاری مقاومتی نقطهای5، جوشکاری نقطهای لیزر6 و پرچکاری7 در اتصال ورقهای آلیاژ آلومینیوم به کثرت استفاده میشوند، که دارای معایب متعددی میباشند .[5] در فرآیند جوشکاری نقطهای مقاومتی عیوبی از جمله: مصرف ابزار در طول اتصال، اعوجاج حرارتی شدید8 و استحکام ضعیف جوش غیر قابل اجتناب است. در روش جوشکاری با لیزر عیوب تخلخل9 سبب کاهش خواص مکانیکی اتصال میشود. از طرفی بیان شده است، حذف عیوب تخلخل با این روشتقریباً غیرممکن است. همچنین در فرآیند پرچکاری افزایش وزن سازه و هزینه مورد نیاز جهت فرآیند سوراخکاری چشمگیر به نظر میرسد .[6] بنابراین بهرهگیری از روشهای جوشکاری حالت جامد که مقدار دما و نیروی ایجاد شده در آن یکنواختتر و پایینتر از روشهای متداول ذوبی است، ضروری به نظر میرسد. در ادامه تعدادی از تحقیقات انجام شده پیرامون تاثیر صفحه پشتیبان در جوشکاری FSW همراه با نتایج آنها آورده شده است. همچنین برخی از مطالعات انجام شده در روش FSSW، بر حسب پارامترهای انتخاب شده، بیان شده است.
آپادیای و رینولدز در سال 2013 تأثیر خواص حرارتی صفحه پشتیبان در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ورق هایی با ضخامت 25 میلیمتر از جنس آلیاژ آلومینیوم 6061 را مورد بررسی قرار دادند. آنها انواع مختلفی از مواد با ضریب انتقال حرارت متفاوت را به عنوان صفحه پشتیبان، جهت بررسی خواص جوش مورد ارزیابی قرار دادند. همچنین نشان دادند که استفاده از صفحه پشتیبان آلومینیومی و کامپوزیتی در مقایسه با صفحه پشتیبان فولادی منجر به خواص مکانیکی بهتری در اتصال میشود .[7]ژانگ و همکاران در سال 2014 خواص مکانیکی ورقهای جوش داده شده آلیاژ آلومینیوم 2024-T3 را با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و صفحه پشتیبان کامپوزیتی مورد بررسی قرار دادند. آنها نشان دادند که اندازه دانهها در هنگام جوشکاری با صفحه پشتیبان کامپوزیتی نسبت به صفحه پشتیبان فولادی، کهمعمولاً در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی استفاده میشود، به طور محسوسی کاهش یافته و بنابراین افزایش استحکام و چقرمگی بهصورت همزمان با استفاده از صفحه پشتیبان کامپوزیتی بدست آمده است .[8]
ایمام و همکاران در سال 2015 تأثیر جنس صفحه پشتیبان در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی لب به لب و لب رویهم10 در آلیاژ آلومینیوم 6063-T4 را ارزیابی کردند. آنها در مقاله خود از سه صفحه پشتیبان به جنسهای فولادمعمولی، فولاد ضدزنگ و پنبه نسوز1 استفاده کردند. آنها همچنین تأثیر سرعت دورانی، سرعت خطی و نوع جوشکاری را بر روی استحکام تسلیم، شکلپذیری، عمر صفحه پشتیبان، راندمان اتصال و عیوب جوش بررسی کردند. نتایج نشان داد، تأثیر جنس صفحه پشتیبان در جوشکاری لب روی هم از جوشکاری لب به لب مهمتر است. اما کیفیت جوش لب به لب بهتر از جوش لب روی هم است .[9]
پیسینی و همکاران در سال 2015 تأثیر عمق نفوذ ابزار در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای آلیاژهای غیر همجنس آلومینیوم 6063-T6 به 5052-H32 را بررسی کردند. آنها در پژوهش خود تأثیر عمق نفوذ ابزار و ترتیب قرار گرفتن ورقها رویهم را بر روی استحکام کششی، کیفیت سطح اتصال و توزیع ریز سختی مطالعه کردند و نشان دادند که اگر جوشکاری در شرایطی انجام شود که ورق 6063-T6 روی ورق 5052-H32 باشد، راندمان اتصالات بالاتر است. همچنین با افزایش عمق نفوذ، عرض ناحیه جوش بیشتر شده و میزان عیوب اتصال کاهش یافته است .[10]
لین و همکاران در سال 2015 تأثیر پارامترهای فرایند بر استحکام اتصال آلیاژهای آلومینیوم ناهمنام 6061-T6 به 5052-H32 و همنام 5052-H32 به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای را مطالعه کردند. آنها در تحقیق خود تأثیر عمق نفوذ ابزار، سرعت دورانی، زمان توقف ابزار و موقعیت مختلف رزوه روی پین را بر روی استحکام مکانیکی و حالتهای شکست نمونهها بررسی کردند. همچنین مشخص کردند که با افزایش عمق نفوذ ابزار، میزان عرض ناحیه متصل شده، افزایش یافته است که این موضوع سبب بهبود استحکام در ورقهای جوش خورده شده است. از طرفی مشخص شد با افزایش سرعت دورانی، جریان مواد به واسطه حرارت بیشتر در ناحیه جوش بهبود یافته و استحکام شکست اتصال FSSW افزایش یافته است .[11]
با توجه به این که انتخاب جنس صفحه پشتیبان تاثیر بسیار مهمی را در نوع و میزان انتقال حرارت ورقها به صورت هدایت و جابجایی حرارت ایجاد شده بر عهده دارد، اما تحقیقات بسیار کمی برای مشخص شدن تاثیر جنس صفحه پشتیبان در خصوصیات مکانیکی اتصالات ایجاد شده با روش FSSW وجود دارد.این مقاله به مطالعه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای بین ورقهایی از آلیاژ آلومینیوم 7075-T6 میپردازد. همچنین نیروی شکست برشی، مقدار افزایش طول و سطوح قسمتهای مختلف ورقهای جوش داده شده در محدوده عمق نفوذ 5/3، 5/5 و 5/7 میلیمتر با استفاده از دو صفحه پشتیبان با جنسهای آلومینیوم و تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفته است. در دومین بخش از این تحقیق فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای ارائه شده است. پارامترهای مؤثر در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای موضوع بخش سوم از این تحقیق است. در چهارمین بخش، روش تحقیق ارائه شده است. در بخش پنجم، نتایج آزمونهای انجام شده مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در نهایت در آخرین بخش نتیجهگیری ارائه شده است.
.2 فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای توسط کمپانی مزدا موتور ثبت و اختراع شده است .[12] این فرآیند، یکی از انواع روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بوده و از لحاظ ظاهری و روش انجام کار تقرباًی مشابه با جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی خطی است .[13] تغییر شکل حرارتی کم، خواص مکانیکی مناسب، ریزساختار جوش یکنواخت و ایدهآل، بازده بالا در جوشکاری و قابلیت اتوماسیون از جمله مهمترین مزایای این روش در جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم است .[14] مکانیزم جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای شامل مراحل نفوذ ابزار، اختلاط و غوطهوری و خارج شدن ابزار از داخل قطعهکار است .[15] این فرآیند بصورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است.
