بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش تاثیر سرعت پیشروي جوش بر استحکام کششی جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیوم AA6061-T6 بررسی شده است. براي انجام آزمایشها از نمونههایی به ضخامت 3 میلیمتر و ابزاري از جنس فولاد پرکربن استوانهاي شکل با سختی 80HRC و با پروفیل ابزار مربعی به قطر 20 میلیمتر و طول 10 سانتیمتر در نظر گرفته شد. نمونههاي مختلف در سرعتهاي پیشروي 0/25 تا 2/25 میلی متر بر ثانیه و سرعت چرخشی 1200RPM و عمق نفوذ 3 میلیمتر بهم متصل شدند و تست کشش نمونهها انجام گرفت. نتایج به دست آمده نشان داده است که نمونهها در سرعت پیشروي 1/25 میلیمتر بر ثانیه داراي بیشترین استحکام کششی نسبت به سایر نمونهها میباشند.
١- مقدمه
جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی دستاورد نسبتا جدیدي در اتصال فلزات میباشد که به دلیل طبیعت حالت جامد بودن آن - در هنگام اتصال ذوب ماده اتفاق نمیافتد - مزایایی در مقایسه با روشهاي جوشکاري ذوبی دارد. اعوجاج و انقباض کم، خواص مکانیکی خوب، عیوب کمتر و توانایی جوشکاري برخی از فلزات که نمیتوان با فرآیندهاي ذوبی جوشکاري کرد - آلیاژهاي سري 2000، 6000 ،7000 آلومینیوم - از مهمترین این مزایا به حساب می آید. این روش به عنوان تکنیکی براي اتصال اجزاي آلومینیومی بررسی شده و استفاده از آن براي اتصال فلزات مستحکمتر مانند و اتصال فلزات به غیر فلزات اخیرا مورد توجه قرار گرفته است .[1]
در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی، دو ورق بر روي صفحه پشتی به طور کامل نگه داشته میشوند. صفحه پشتی که معمولا فولادي است، از خم شدن ورقها تحت فشار ابزار جلوگیري می کند . در این روش ابزار داراي یک شانه است که در انتهاي آن یک پین وجود دارد. ابزار در حال چرخش به آرامی در خط اتصال ورق ها پایین میرود تا زمانی که تماس کاملی بین شانه ابزار و سطح بالایی ورق ها برقرار شود. با حرکت ابزار در جهت جوشکاري، تغییر شکل پلاستیکی زیادي در فلز ایجاد شده و مواد جلوي ابزار، چرخیده و در پشت ابزار فرج میشوند و در نتیجه، اتصال محکمی بین ورقها ایجاد میشود.
در برخی موارد براي بهتر شدن عمل اغتشاش مواد در ناحیه جوش، محور ابزار نسبت به عمود بر سطح بر خلاف جهت پیشروي زاویه داده میشود. در این نوع جوش، انواع اتصال لب به لب، رویهم، اتصال فیلت نیز قابل انجام میباشد. ناحیهاي که در آن جهت چرخش و جهت حرکت ابزار یکسان است سمت پیشروي و سمت دیگر، سمت پسروي نامیده میشود. وجود اختلاف بین سرعت نسبی ابزار و سطح ورقها در دو طرف خط اتصال باعث بوجود آمدن تفاوت در تولید و حرارت و نحوه جریان ماده می شود .[2]
از عیوب رایج در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی میتوان به حفره، تخلخل و عیوب سطحی اشاره کرد. در سرعت چرخشی ثابت، افزایش سرعت پیشروي منجر به ایجاد عیب حفره تونلی میشود. اندازه حفره تونلی با افزایش سرعت پیشروي افزایش مییابد که به دلیل جریان ناکافی ماده در انتهاي جوش است. نسبت سرعت پیشروي به سرعت چرخشی و شکل ابزار عوامل مهم در شکل گیري عیب حفره میباشند. براي شکل و جنس یکسان ابزار، نسبت بالا به شکلگیري حفره کمک میکند .[3]
مطالعات و پژوهشهایی مختلفی بر رابطه میان استحکام کششی و پارامترهاي جوشکاري آلیاژهاي مختلف آلومینیوم صورت گرفته است. راسل و همکارانش [4] روي آلیاژ آلومینیوم AA 7277-T6 آزمایشاتی انجام داند و استحکام کششی اتصالات جوش خورده با سرعت هاي دورانی و پیشروي متفاوت بررسی کرده و بدین نتیجه رسیدند که بهترین کیفیت سطح ظاهري جوش در سرعت دورانی 825rpm و سرعت پیشروي 32 میلیمتر بر دقیقه و با افزایش سرعت دورانی و کاهش سرعت پیشروي به افزایش ازدیاد طول میانجامد و افزایش سرعت پیشروي به افزایش مقادیر سختی منجر میشود و نقش سرعت پیشروي بسیار چشمگیرتر از سرعت چرخشی است.
واتاناب و همکارانش [5] بر روي جوشپذیري آلیاژ آلومینیوم 5083 با ضخامت 2 میلیمتر مطالعاتی انجام دادند و دریافتند که بهترین جوش از نظر استحکام کششی در آفست 0/2 میلیمتر و سرعت چرخشی 250rpm و سرعت پیشروي 25 میلیمتر بر دقیقه بدست میآید.
جایا رامان و همکارانش [6] آزمایشاتی روي آلومینیوم A365 انجام دادند و اثرات سه فاکتور سرعت چرخشی ابزار، سرعت پیشروي جوشکاري و نیروي محوري جوش را بر استحکام کششی بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که با افزایش سرعت چرخشی از 600 تا 1000rpm و سرعت پیشروي از 1 تا 2 میلیمتر بر ثانیه و نیروي محوري جوش از 4 تا 6 کیلونیوتن سبب افزایش استحکام کششی خواهد شد.
براون [7] با بررسی در زمینه اثر افزایش تعداد پاس در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 بر خواص کششی و میکروسختی نمونههاي جوشکاري شده دریافت که در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 6061-T6 با سرعت چرخشی 825rpm و سرعت پیشروي 32 میلیمتر بر دقیقه هیچ عیب حجمی و تونلی مشاهده نمیشود و با افزایش تعداد پاسها، به دلیل آنکه اندازههاي دانهها درشتتر میشود، سختی در HAZ کاهش مییابد. همچنین مقدار ازدیاد طول با افزایش تعداد پاسها کاهش مییابد ولی استحکام کششی و استحکام تسلیم تغییرات قابل توجهی نمیکنند.
-2 آزمایشات تجربی
مطابق شکل - 1 - ، ابزار مورد استفاده در این پژوهش از جنس فولاد پرکربن استوانهاي شکل با سختی 80HRC و با پروفیل مربعی به قطر 20 میلیمتر و طول 10 سانتیمتر در نظر گرفته شد. براي افزایش سختی و جلوگیري از شکست ابزار در حین فرآیند، پس از شکل دهی آن، به مدت 25 دقیقه در دماي 1020 درجه سانتیگراد نگهداري و سپس در روغن کوئنچ شده است. زاویه انحراف ابزار نسبت به امتداد قائم 3 درجه انتخاب شده است تا عمل اغتشاش مواد در طی جوشکاري بهتر صورت گیرد. پس از نفوذ کامل ابزار به فصل مشترك دو قطعه حدود 18 تا 25 ثانیه ابزار بدون پیشروي در همان حالت نگهداشته شد تا گرماي لازم براي انجام فرآیند ایجاد شود.
جنس قطعه استفاده در این پژوهش آلیاژ AA6061-T6 با ترکیب شیمیایی ارایه شده در جدول - 1 - میباشد. مطابق شکل - 2 - ، نمونههایی با ابعاد 15103 میلیمتر بر روي فیسکچري که به همین منظور طراحی شده قرار میگیرند تا از جدا شدن آنها حین فرآیند در اثر نیروي ایجاد شده از نفوذ ابزار جلوگیري شود. همانگونه که در شکل - 3 - نشان داده شده است براي انجام آزمایشات از ماشین فرز عمودي با ماکزیمم سرعت دورانی 3000 دور بر دقیقه استفاده گردیده است.
براي بررسی رفتار کششی قطعات جوش داده شده، بر اساس استاندارد ASTM E8 و با استفاده از دستگاه وایرکات نمونهها بریده شده و تست کشش انجام شد. سپس این نمونهها در دستگاه کشش SANTAM 150kN با سرعت خطی 2mm/min مطابق شکل - 4 - بر روي فکها قرار گرفتند و رفتار قسمت جوش داده شده آزمایش گردید.
شکل-1 نمایی از ابزار استفاده شده در این پژوهش
جدول - 1 - ترکیب شیمیایی ماده استفاده شده در این پژوهش
