بخشی از مقاله
چکیده
جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی - FSW - آلیاژهاي آلومینیوم، امروزه در صنایع فضایی، حمل و نقل زمینی و هوایی کاربرد زیادي دارد. اتصالات ایجاد شده باید سطح شکل پذیري و پاسخ الاستیک-پلاستیک مناسبی شبیه فلز پایه از خود نشان دهند. در سال هاي اخیر، روش هاي متنوعی از انواع اتصالات و پارامترهاي مختلف بررسی شده است. در این تحقیق، میزان نفوذ بهینه پین در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی در دو طرف قطعه براي آلیاژآلومینیوم AA6061-T913 موردمطالعه قرارگرفته است. آزمون کشش و مطالعات ریز ساختار بر روي فلز جوش انجام شد. تحقیقات نشان میدهد که اعمال جوش در دو طرف قطعه با طول پین معادل 65درصد ضخامت ورق آلومینیوم از هر طرف، میزان استحکام کششی را به میزان 41 درصد نسبت به جوش یکطرفه افزایش میدهد.
مقدمه
در سال هال اخیر، تقاضا براي استفاده از آلیاژ آلومینیوم 6061 در صنایع فضانوردي، هوایی و خودرو به خاطر میزان بالاي استحکام به وزن، چقرمگی خوب، مقاومت به خوردگی بالا و مقاومت به ترك خوردگی در شرایط نامساعد، افزایش پیدا کرده است .[1]
جوشکاري این آلیاژها هم اکنون نیز چالش برانگیز است. جدا از نرم شدگی در منطقه ذوبی و متاثر از حرارت، پارگی داغ در جوش نیز می تواند مشکلات بزرگی ایجاد کند .[2] بنابراین، جوشکاري حالت جامد براي حل این مشکلات بسیار توصیه شده است. در سال 1991 مؤسسهي جوش 3TWI روش جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی را بهعنوان نوعی روش جوشکاري حالتجامد ابداع کرد.
این فرآیند جوشکاري، اتصال فلزاتی مانند آلیاژهاي آلومینیوم و یا فلزات غیر همجنس که قبلاً جوشکاري آن ها دشوار و یا غیرممکن بود را میسر ساخت .[3] ایده اصلی جوشکاري اصطکاکی بسیار ساده میباشد. یک وسیله دوار مصرف نشدنی - یک ابزار ویژه به همراه پین - را در نظر بگیرید. دوفلزي که قرار است به هم متصل شوند را محکم در کنار هم قرار میدهند و پین وارد خط اتصال این دو فلز میشود و همراه با چرخش، طول خط اتصال را طی میکند. شماتیک فرآیند جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی در شکل 1 نشان دادهشده است. پین دو عمل اصلی را انجام میدهد: .1 گرم کردن قطعه توسط اصطکاك .2 حرکت دادن مواد بهمنظور اتصال .
شکل . - 1 - شماتیک فرایند جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی انجام شده بوسیله ابزار گردان .
گرما به کمک اصطکاك بین پین و قطعه کار و تغییر فرم پلاستیک قطعه به دست می آید. حرارت متمرکزشده باعث نرم شدن مواد اطراف پین و به همراه حرکت دوار پین، باعث حرکت مواد از جلوي پین به عقب پین میگردد و براثر این پروسه اتصال در حالتجامد اتفاق میافتد. به علت ساختار هندسی پین، موادي که در اطراف پین حرکت میکنند بهخوبی با یکدیگر ترکیب میشوند. در جوشکاري FSW مواد در گرماي بالا تغییر شکل زیادي میدهند و ساختار نهایی، دانههاي کریستالی هممحور ریز دارد و همچنین داراي خواص مکانیکی مطلوبی است .[6]
یکی از روش هایی که به کمک آن می توان خواص مکانیکی جوش را بالا برد، استفاده از جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی دوطرفه است. بیشتر مطالعات صورت گرفته در مورد جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی دوطرفه تاکنون [7-9] درباره شکل ابزار و پارامترهاي جوشکاري - به جز طول بهینه پین - بحث کرده اند. A. Ram Kumar و همکاران [7] تاثیر پارامترهاي جوشکاري و جهت جوشکاري در جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی دوطرفه آلیاژ آلومینیوم AA1100 را مورد ارزیابی قرار دادند و نتیجه گرفتند که جوشکاري بصورت هم جهت در دو طرف قطعه، باعث بهبود خواص مکانیکی جوش می شود.
تاثیر هندسه ابزار بر روي خواص مکانیکی جوش FSW آلیاژ آلومینیوم AA6061 را بررسی کردند. طبق نتایج آزمایش ها، بهترین نتیجه با ابزاري داراي شانه مقعر و قطر چهار برابر ضخامت ورق و پینی با قطري برابر با ضخامت ورق میسر خواهد بود. Y. Singh و همکاران [9] جوشکاري دوطرفه و یک طرفه آلیاژ تاثیر طول پین بر روي اتصالات جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی - FSW - دوطرفه آلیاژ آلومینیوم 913-T6061AA AA6061 را با یکدیگر مقایسه کردند. آنها نتیجه گرفتند که با به کار بردن پارامترهایی مشخص، در جوش دو طرفه به خواص مکانیکی بهتري دست مییابند، اما به ارتباط دقیقی بین طول پین و خواص مکانیکی و همچنین مقدار بهینه خواص مکانیکی دست نیافتند.
در این مقاله، تأثیر شرایط مختلف اجراي جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی دوطرفه بر خواص مکانیکی جوش بررسی شده است. همچنین میزان بهینه طول پین براي دستیابی به بهترین خواص مکانیکی در این نوع جوشکاري بدست آمده است.
روش تحقیق
ورقهاي آلیاژآلومینیوم AA6061-T913 با ابعاد 200 mm × 300 mm × 4 mm به روش جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی در شش شرایط مختلف مورد جوشکاري قرار گرفتند. جزئیات شرایط و اتصال جوش در شکل 2 آورده شده است. ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی فلز پایه نیز در جدول 1 و 2، به ترتیب آورده شده است.
شکل . - 2 - شماتیک فرآیند استفادهشده جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی دوطرفه
جدول . - 1 - ترکیب شیمیایی فلز پایه - درصد وزنی،% -
در هنگام اعمال هر شش جوش، تمامی پارامترهاي جوشکاري به جز طول پین ثابت ماندند. جنس پین، فولاد H13 بود. با توجه به مطالعات قبلی [8]، ابزار داراي شانه مقعر با قطر 16 میلیمتر و پین بهصورت مخروط ناقص به قطر 4 میلیمتر در نظر گرفته شد. زاویه ي مخروط و تقعر به ترتیب برابر 20 و 12 درجه بودند. طول پین در طی شش آزمایش برابر 2، 2/6، 3، 3/4، 3/8 و 3/8 میلیمتر - معادل 50، 65، 75، 85، 95 درصد قطر ورق در حالت جوش دوطرفه و 95 درصد در حالت جوش یکطرفه - قرار داده شد. سختی ابزار جوشکاري بهوسیله اعمال عملیات حرارتی افزایش پیدا کرد و به 65 HRC رسید. پارامترهاي جوشکاري در شش نمونه در جدول شماره 3 آورده شده است. پسازاینکه جوش در یک سمت ورق اعمال شد، قطعه برگردانده شده و پس از 15 دقیقه وقفه، جوش در سمت دوم قطعه اعمال شد.
