بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با استفاده از فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، جوشکاری لب به لب آلیاژهای نامتجانس آلومینیم AA2024-T351 و AA6061-T6 انجام شده است. جوشکاری توسط ابزار با پین هرم مربعی ناقص انجام شد. تأثیر افزودن پودر تقویتکننده SiC و اندازه آن بر روی خواص ریزساختار و درشت ساختار و خواص مکانیکی مقطع جوش بررسی شده است. آلیاژ آلومینیم AA2024 به دلیل داشتن تنش سیلان بالاتر نسبت به آلیاژ آلومینیم AA6061 در دماهای بالا، در جهت پیشرو و آلیاژ آلومینیم AA6061 در جهت پسرو قرار گرفته است. در بررسیهای درشت ساختاری مشاهده شد که اعمال آفست سبب ایجاد اتصال فاقد عیب شده است. در بررسی خواص مکانیکی مشخص شد که نمونه فاقد پودر به علت آفست اعمالی دارای استحکام بالاتری - 245 مگاپاسکال - می باشد.
کلمات کلیدی: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، آلیاژ آلومینیم، ذرات تقویتکننده
مقدمه
آلومینیوم، فلزی نرم و سبک، اما قوی، چکشخوار و انعطافپذیر است. آلیاژهای آلومینیم سری 6xxx و 2xxx دارای کاربرد وسیعی در صنایع کشتیسازی و دریایی، هوافضا، راهآهن و خودروسازی میباشد. آلیاژهای آلومینیوم سری 6xxx بهعنوان آلیاژهای با جوشپذیری ضعیف و سری 2xxx بهعنوان آلیاژهای غیرقابل جوشکاری دستهبندی شدهاند. اتصال این آلیاژها توسط روشهای ذوبی مشکلاتی نظیر تخلخل، حلالیت هیدروژن و اکسیداسیون را به وجود میآورد. این عیوب سبب کاهش خواص مکانیکی در مقایسه با فلز پایه میشود. برای این منظور در چند سال اخیر از روشهای جوشکاری حالت جامد استفاده میشود. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یکی از بهترین روشها برای اتصال این نوع آلیاژها میباشد. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک فرایند اتصال جامد است که در سال 1991 در موسسه جوش - TWI - ثبت شده است. در این روش با استفاده از یک ابزار غیر مصرفی و چرخش آن حرارت تولید میکنیم. حرارت تولید شده سبب تغییر فرم موضعی قطعه کار شده و باعث میشود دو قطعه پس از سرد شدن به هم اتصال پیدا کنند. در ادامه به مطالعاتی که بر روی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی این دو آلیاژ شده است میپردازیم.
بهرامی و همکاران[1] روش جدیدی برای تولید آلومینیمهای زمینه نانو کامپوزیتی با استفاده از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ایجاد کردند. آنها از ورقهای آلیاژ آلومینیم AA7075-O با ضخامت 6 میلیمتر استفاده کردند. آنها مشاهده کردند که سرعت چرخشی 1250 دور در دقیقه و 40 و 50 میلیمتر بر دقیقه بهترین خواص مکانیکی را دارا میباشد. همچنین آنها به این نتیجه رسیدند که وجود ذرات تقویتکننده باعث افزایش استحکام کششی به میزان 31% و ازدیاد طول به میزان 76% شده است. عبدااللهزاده و همکاران[2] خواص مکانیکی و ریزساختاری آلومینیم AZ31 ترکیبشده با ذرات SiC به کمک جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی را مطالعه کردند. آنها مشاهده کردند که بهترین پراکندگی ذرات در سرعت 800 دور در دقیقه و 75 میلیمتر بر دقیقه ایجاد شده است. نتایج آنها نشان داد که اندازه دانهها از 44 میکرون به 5 میکرون در منطقه اغتشاشی رسیده است و بهتبع آن منطقه اغتشاشی دارای بیشترین سختی میباشد.
بهرامی و همکاران[3 ] ریزساختار و رفتار مکانیکی اتصال آلیاژهای AA7075-O با ضخامت 6 میلیمتر شامل نانو ذرات SiC از طریق پاس مجدد را بررسی کردند. آنها از پین مخروط پیچی استفاده کردند و بررسی اتصال ذرات SiC و زمینه را توسط AFM انجام دادند. نتایج نشان داد که بیشترین استحکام کششی را کمترین اندازه دانه دارا میباشد. نمونههای دارای پودر SiC از فلز پایه و نمونههای فاقد پودر از منطقه اغتشاشی شکسته شده است. نتایج SEM نشان داد که نمونههای شامل پودر SiC مورفولوژی شکست داکتیل و نمونههای فاقد پودر سطح شکست شبه کلیواژ دارند. دواراجو و همکاران[4] تأثیر سرعت چرخشی و ذرات تقویت کننده SiC و Al2O3 را بر روی خواص مکانیکی و سایشی فرایند اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ AA6061-T6 با ضخامت 4 میلیمتر مطالعه کردند. مشاهدات ریزساختاری نشان داد که ذرات تقویت کننده بهطور یکنواخت در منطقه اغتشاشی توزیع شده است. همچنین مشاهده شد که سختی به علت وجود ذرات تقویت کننده و اثر پین کنندگی آنها افزایش یافته است. وجود ذرات تقویت کننده باعث بهبود فوقالعاده مقاومت سایشی شده است.
در این تحقیق به تأثیر وجود ذرات تقویت کننده و همچنین اندازه این ذرات بر روی درشت ساختار ، ریزساختار و خواص مکانیکی در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژهای آلومینیم سری 2xxx و 6xxx میپردازیم. در این پژوهش از ابزار با پین هرم مربعی برای جوشکاری استفادهشده است. خواص مکانیکی توسط آزمون کشش و ریزسختی بررسیشده است. در این تحقیق ابتدا جوشکاری نمونههای پودر میکرونی با سرعتهای چرخشی 800، 1250، 1600 و 2000 دور در دقیقه و سرعتهای پیشروی 31/5 و 40 میلیمتر بر دقیقه بدون آفست مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد بهترین پارامتر، سرعتهای 800 دور در دقیقه و 31/5 میلیمتر بر دقیقه میباشد. سپس با توجه به اینکه آفست باعث بهبود خواص مکانیکی جوش میشود، تمام نمونههای مورد بررسی در این تحقیق با آفست 0/5 میلیمتر آزمایش شدهاند. تأثیر اعمال آفست بر روی خواص مقطع جوش یکی از مهمترین جنبههای مورد بررسی این تحقیق میباشد.
مواد و روش تحقیق
مواد استفاده شده در این تحقیق آلیاژهای آلومینیم AA2024-T351 و AA6061-T6 با ضخامت 6 میلیمتر میباشد. بهمنظور انجام جوشکاری ابتدا ورقها در ابعاد 100×50 میلیمتر و در جهت عمود بر راستای نورد بریده شد. ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی این آلیاژها در جدول 1 و 2 آورده شده است.
ورقها بهصورت لببهلب و در راستای نورد به هم جوشکاری شد. آلیاژ AA2024-T351 در سمت پسرو و آلیاژ AA6061-T6 در سمت پیشرو قرارگرفت. جوشکاری با یک دستگاه فرز مدل FP4M ماشین سازی تبریز انجام شد. زاویه کجی ابزار نسبت به راستای عمود بر سطح ورق 2.5 درجه و آفست اعمالی 0.5 میلیمتر به سمت آلیاژ AA6061-T6 میباشد. مشخصات هندسی و ابعاد پین ابزار مورد استفاده در جوشکاری در شکل2 نشان داده شده است. جدول 3 پارامترهای فرایند را نشان میدهد
