بخشی از مقاله
چکیده
امروزه روشهای مختلفی جهت اصلاح و بهبود خواص قطعات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شده ارائه شده است که از جمله آنها میتوان به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارتعاشی اشاره کرد. این روش، سبب بهبود ریزساختار و افزایش استحکام نمونههای جوشکاری شده میشود. در این روش قطعات اتصال یابنده در حین جوشکاری در راستای عمود بر خط جوش ارتعاش مییابند.
با توجه به موارد یاد شده، بررسی متغیرهای فرآیند، از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق، اثر تغییر سرعت چرخش ابزار، سرعت حرکت طولی ابزار و فرکانس ارتعاش قطعات بر روی میکروساختار و خواص مکانیکی قطعات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارتعاشی شده از جنس آلیاژ آلومینوم 5052 بررسی شد .
نتایج نشان داد که با افزایش سرعت چرخش، اندازه دانه افزایش و استحکام کاهش یافت، همچنین با افزایش سرعت حرکت طولی ابزار، اندازه دانه کاهش و استحکام افزایش یافت. علت این موضوع به اثرات متغیرهای اشاره شده بر روی تغییرات دمایی در حین جوشکاری نسبت داده شد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش فرکانس ارتعاش قطعات اتصالیابنده به دلیل افزایش تولید نابجاییها و تبلور مجدد دینامیکی، استحکام و درصد افزایش طول نمونههای جوشکاری شده افزایش یافت.
مقدمه
فرآیندهای جوشکاری به دو دستهی کلی، حالت جامد و حالت مذاب تقسیم میشوند. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک فرآیند حالت جامد است. در این سری از فرآیندهای جوشکاری قطعهکار ذوب نمیشود بلکه فقط در ناحیه اتصال به دلیل گرمای ناشی از اصطکاک میان ابزار و قطعهکار، نرم و خمیری شده و در اثر چرخش ابزار، مواد در یکدیگر ممزوج شده و اتصال شکل میگیرد
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی باعث تغییر شکل پلاستیک شدید و افزایش دمای ناحیه اغتشاش و اطراف آن میشود و این باعث تغییر قابل توجه ریزساختار شامل اندازه دانه میشود. مفهوم اساسی روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به صورت قابل توجهی ساده است. یک ابزار چرخش مصرف نشدنی با طراحی خاص شامل یک پین در انتهای آن و یک شانه ابزار بر روی لبهای که باید جوشکاری شود تنظیم شده و با انجام حرکت چرخشی و انتقالی عمل جوشکاری را انجام میدهد.
ابزار دارای دو وظیفه ابتدایی میباشد: گرم کردن قطعهکار و حرکت دادن مواد جهت اتصال. گرم کردن قطعهکار با اصطکاکی که مابین ابزار و قطعه کار بوجود میآید تامین میشود. گرمایی که به صورت متمرکز ایجاد میشود باعث نرم کردن مواد قطعهکار در موضع اتصال میشود و ترکیب حرکت چرخشی ابزار و پیشروی آن باعث جابهجایی مواد از جلوی پین ابزار به عقب آن میشود. نتیجه این اعمال، ایجاد اتصال تحت حالت جامد میباشد
محققین روشهای مختلفی جهت اصلاح روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارائه کردهاند. استفاده از اشعه لیزر در حین جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به منظور افزایش دمای ناحیه اتصال و در نتیجه کاهش سایش ابزار و افزایش عمر آن توسط کاسالینو و همکاران ارائه شد.
سان و همکاران [3] از جریان الکتریکی به منظور گرم کردن ناحیه اتصال در حین جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی استفاده کردند. امینی و همکاران [4]، فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به کمک امواج فراصوت را ارائه دادند. در این روش با تعبیه قطعات کریستال پیزوالکتریک در ابزار، امواج فراصوت در حین جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به داخل قطعهکار هدایت میشوند.
نتایج بررسی آنها نشان داد که استفاده از امواج فراصوت سبب کاهش نیروی وارد بر ابزار و افزایش استحکام قطعات جوش داده شده شد. رحمی و عباسی [5]، فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارتعاشی را ارائه نمودند. در این روش قطعات اتصال یابنده در حین جوشکاری در راستای عمود بر خط جوش ارتعاش می-یابند. این روش، روشی کم هزینه و مناسب جهت بهبود میکروساختار و خواص مکانیکی ناحیه جوش میباشد.
در این تحقیق، اثر متغیرهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارتعاشی شامل سرعت چرخش ابزار، سرعت حرکت طولی ابزار و فرکانس ارتعاش قطعات اتصال یابنده بر روی میکروساختار و خواص مکانیکی ناحیه جوش مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
ورق آلیاژ آلومینیوم 5052 با ترکیب شیمیایی نمایش داده شده در جدول 1 و با ضخامت 3 میلیمتر تهیه شد. ورق مورد نظر در قطعاتی با ابعاد 150 50 - میلیمتر × میلیمتر - برش زده شد. قطعات پس از تمیزکاری و پلیسه گیری، در نگهدارنده بسته شدند. ابزار ترکیبی و متشکل از شانه و پین با جنسهای مختلف در نظر گرفته شد. شانه از جنس فولاد M2 عملیات حرارتی شده با سختی 65 راکول سی و پین از جنس کاربید تنگستن انتخاب شد. در جدول 2، مشخصات ابزار مورد استفاده ارائه شده است.
جدول .1 ترکیب شیمیایی آلیاژ - درصد وزنی - .
ارتعاش قطعه کار توسط یک مکانیزم مکانیکی و از طریق ارتعاش نگهدارنده صورت گرفت. به منظور ارتعاش نگهدارنده از تبدیل حرکت دورانی موتور به حرکت انتقالی توسط بادامک استفاده شد. با بکارگیری مبدل، تعریف مقادیر مختلف فرکانس ارتعاش نگهدارنده صورت گرفت. در شکل 1، شماتیک روش بکارگرفته شده جهت انجام جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارتعاشی نمایش داده شده است. توان موتور استفاده شده 0,5 کیلووات و دامنه حرکت صفحه ارتعاش کننده 0,5 میلیمتر در نظر گرفته شد. سرعت چرخش ابزار در محدوده 700 تا 1200 دور بر دقیقه، سرعت حرکت طولی ابزار از 16 تا 40 میلیمتر بر دقیقه و فرکانس ارتعاش قطعه کار در محدوده 23 تا 38 هرتز تغییر کرد. در جدول 3، مقادیر متغیرهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارتعاشی برای نمونههای مختلف نمایش داده شده است.
جدول .2 مشخصات ابزار مورد استفاده در جوشکاری.
پس از انجام عملیات جوشکاری، محل اتصال نمونهها تحت بازرسی چشمی قرار گرفتند و شکل ظاهری و وضعیت عیوب احتمالی آنها مورد بررسی قرار گرفت.
