بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش ریزساختار حاصل از جوشکاري همزن اصطکاکی برنج تک فاز بوسیله پینهاي با هندسه مختلف، بررسی و از طریق شبیهسازي کرنش اعمالی و دماي ایجاد شده در منطقه جوش، پیدایش ریزساختار توجیه شده است. ورقهاي برنجی به ضخامت 2 mm توسط پینهاي مثلثی، مربعی، شش ضلعی و استوانهاي از جنس فولاد گرمکار با سرعت چرخشی 450 rpm و سرعت پیشروي 100 mm/min جوشکاري شدند.
تاثیر هندسه ابزار بر ریزساختار توسط مشاهدات میکروسکوپ نوري و اندازهگیریهاي دمایی مورد بررسی قرار گرفت. سپس فرایند به دو صورت مکانیکی و حرارتی توسط نرم افزار تحلیلگر ABAQUS شبیهسازي شد تا کرنشهاي وارد بر پین و نیز حرارت تولیدي ناشی از هندسههاي مختلف مورد بررسی قرار بگیرد.
در ناحیه جوش به دلیل وقوع تبلور مجدد دینامیکی، ریزساختار هم محور و ریزدانه بدست آمد. در بین نمونههاي جوشکاري شده نمونهي حاصل از جوشکاري با پین مربعی داراي کوچکترین اندازه دانه و نمونهي جوشکاري شده با پین استوانهاي داراي بزرگترین اندازه دانه نسبت به نمونههاي دیگر بودند. نتایج حاصل از شبیهسازي نشاندهندهي وجود اثر ضربانی کرنشی در پین مربعی بود که میتواند دلیل بر ریزدانه شدن نمونههاي جوشکاري شده با این پین باشد. همچنین نتایج شبیهسازي حرارتی نشان داد که اختلاف دمایی که هندسههاي مختلف ایجاد میکنند زیاد نبوده و در یک محدودهي کوچک دمایی قرار دارد.
مقدمه
فرایند جوشکاري همزن اصطکاکی - FSW - 1 در سال 1991 در انستیتو جوش انگلستان - TWI - به صنعت دنیا معرفی شد. این روش به عنوان یک تکنیک جوشکاري حالت جامد است و براي اولین بار بر روي آلیاژهاي آلومینیم و منیزیم مورد استفاده قرار گرفت. امروزه این روش به عنوان یک روش اتصال مناسب براي سایر آلیاژها نیز مورد استفاده قرار میگیرد که علت استقبال از آن کاهش تلفات ماده و انرژي، کاهش و حذف حفرات و عدم انتشار گازهاي مضري است که در فرایندهاي ذوبی اتفاق میافتد.
در طول فرایند همزن اصطکاکی هندسه ابزار دلیل اصلی اغتشاش و ترکیب دوباره مواد تغییرشکل پلاستیک یافته است که باعث تشکیل ناحیه جوش میشود که ریزساختار و خواص این ناحیه تحت تاثیر عملیات ترمومکانیکی خواهد بود. لذا دقت در انتخاب شکل صحیح ابزار و پارامترهاي فرایند نقطه شروع راهبردي در بهینهسازي فرایند است.
در این تحقیق ابتدا تاثیر هندسه پین بر شکل ظاهري و ریزساختار حاصل در ناحیه جوش برنج تک فاز با روشهاي آزمایشگاهی بررسی میشود. سپس کرنشهایی که پین در طول فرایند تجربه میکند از طریق شبیهسازي با نرمافزار المان محدود ABAQUS مورد بررسی قرار میگیرد. همچنین شکل حرارتی فرایند با این نرم افزار شبیهسازي شده و حرارت تولید شده مورد بررسی قرار میگیرد. در نهایت نتایج حاصل از کارهاي تجربی با نتایج حاصل از شبیهسازي مقایسه شده با برقراري ارتباط منطقی مورد تحلیل قرار خواهد گرفت.
پیشینه پژوهش
هندسه ابزار نقش اساسی را در جریان مواد دارد. ابزار شامل پین و شانه میباشد که دو وظیفه عمده را انجام می دهد: الف - بالا بردن دماي قطعه کار و ب - حرکت دادن و سیلان مواد براي ایجاد اتصال. ابزار تا جایی به داخل قطعه فروبرده میشود که شانه سطح قطعه کار را لمس کند. اصطکاك مابین شانه و قطعه کار اولین فاز گرمایش میباشد. معمولا از پین مخروطی و استوانهاي رزوه دار استفاده میشود. با پیشرفت هاي حاصل و تجارب کسب شده روز به روز ابزارهایی با طراحی هاي مختلف و بهبود یافته توسعه پیدا کردهاند.
در تحقیقی که Vijay و - 2010 - Murugun بر روي تاثیر هندسه پین بر خواص مکانیکی و ریزساختار کامپوزیتهاي پایه آلومینیم داشتند از پینهاي مربعی، شش وجهی و هشت وجهی ساده و پینهاي مربعی، شش وجهی و هشت وجهی مخروطی استفاده شد. نتیجه استفاده از پین شش وجهی مخروطی و پین مربعی ساده ایجاد جوش بدون عیب بوده است. اندازه دانهها در ناحیه همزده ریزتر شده و همچنین ناحیه همزده، ناحیه متاثر از حرارت و ناحیه متاثر از عملیات ترمومکانیکی - TMAZ - هنگام استفاده از پین مخروطی کوچکتر از وقتی است که از پین با هندسه ساده استفاده میشود.
در تحقیق دیگري که Elangovan و - 2008 - Balasubramanian روي تاثیر هندسه پین و قطر شانه ابزار در تشکیل ناحیه همزده آلیاژ AA 6061 آلومینیم داشتند، مقایسه درشت ساختار اتصال - شکل، ارتفاع ناحیه همزده و عرض ناحیه همزده - نشان داد که از میان سه اتصال برقرار شده بوسیله پین استوانهاي ساده، اتصالی که با استفاده از ابزاري با شانهاي به قطر 18 mmبرقرار شده است کاملاً سالم بود. به طور مشابه در اتصالات ایجاد شده بوسیله پین استوانهاي مخروطی ابزار با قطر شانه 18 mm جوش بدون عیب را نتیجه داده است.
