بخشی از مقاله
خلاصه
روش جوشکاری اصطکاکی اختلاطی یا FSW یکی از روش های نوین جوشکاری محسوب می شود که با ایجاد اصطکاک بین دو قطعه و ایجاد حرارت عمل جوشکاری انجام می پذیرد. از طرفی در اتصالات جوشکاری، تمرکز تنش باعث افزایش موضعی تنش در محل اتصال جوش خواهد شد.. همچنین در ناحیهی جوشکاری و اطراف آن که تحت تاثیر حرارت موضعی قرار دارد، تنشهای پسماند حرارتی نیز بوجود میآید.
هدف از انجام این نحقیق، مدلسازی و تحلیل اتصال جوشکاری اصطکاکی لب به لب سوپرآلیاژ های غیرهمنام IN718 به وسیله نرم افزار ANSYS و سپس دستیابی به ضریب تمرکز تنش اتصال جوشکاری شده سوپرآلیاژهای غیرهمنام می باشد. در نهایت ضرایب تمرکز تنش اتصالات غیرهمنام با یکدیگر بررسی گردیده و همچنین با دادههای تجربی نیز مقایسه شده است . نتایج نشان داد که مقدار ضریب تمرکز تنش میانگین در اتصال سوپرآلیاژهای غیرهمنام IN718 و Mar-M247 به میزان 1,63 می باشد.
.1 مقدمه
سوپرآلیاژها مواد مهندسی هستند که به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد مانند استحکام، مقاومت به خزش و خوردگی داغ، به طور گسترده در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرند. به منظور استفاده از این آلیاژها در صنایع نیاز است که اتصالات مختلف بین آنها ایجاد گردد. جوشکاری اصطکاکی اختلاطی یکی از روشهای نوین جوشکاری محسوب میشود که در اواخر سال 1991 میلادی توسط مؤسسه جوشکاری انگلستان با پتانسیل بالا ابداع شد و به عنوان یک روش نوین جوشکاری در حالت جامد، به ثبت رسید.
بر خلاف روشهای جوشکاری مرسوم که در حالت مذاب انجام میشوند، این جوشکاری در فاز جامد انجام می گیرد که در ابتدا برای اتصال فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم سری 2xxx بود، ولی پیشرفت ابزارهای جوشکاری و ساخت ابزارهایی نظیر B4C و WC و PCBNجوشکاری مواد با نقطه ذوب بالا مانند انواع فولادها و یا آلیاژهای نیکل و تیتانیوم و دیگر مواد با این روش امکان پذیر شد .
جوشکاری اصطکاکی اختلاطی به عنوان مهم ترین پیشرفت در اتصال فلزات در دهه اخیر مطرح بوده که دارای راندمان انرژی بالایی است و به دلیل صرفه جویی در مصرف انرژی، میزان آلایندگی کم و دوست دار محیط زیست بودن، تکنولوژی سبز نامیده می شود. در این روش هیچ گاز محافظ و فلاکسی استفاده نمی شود. همچنین نیازی به الکترود یا مواد پر کننده ندارد. ازطرفی بعضی از انواع ناپیوستگی هایی که در جوشها یافت می شوند عبارتند از: تخلخل، ذوب ناقص، نفوذ ناقص در درز، بریدگی - سوختگی - کناره جوش، روی هم افتادگی، ترک ها، ناخالصی های سرباره،گرده جوش اضافی. برای سازه هایی که تحت بار خستگی و یا سیکلی می باشند، خطر این ناپیوستگی های سطحی افزایش می یابد.وجود ناپیوستگی هندسی در قطعات موجب می شود که تنش در اطراف ناچ به صورت موضعی شدیداً افزایش پیدا کند از این رو گفته می شود که در اطراف ناچ تمرکز تنش وجود دارد. ضریب تمرکز تنش هندسی یا الاستیک به صورت رابطه 1 تعریف می شود
در این رابطه max تنش ماکزیمم در محل ناچ و 0 مقدار تنش اسمی می باشد. ضریب تمرکز تنش هندسی - الاستیک - به شکل هندسی، ناپیوستگی هندسی قطعه و نیز نوع بارگذاری - محوری، خمشی، پیچشی - بستگی دارد و تا وقتی می توان از ضریب تمرکز تنش برای محاسبه تنش ماکزیمم در محل ناچ استفاده کرد که تنش ماکزیمم در حد الاستیک باشد. در این تحقیق سعی شده است به کمک نرمافزار ANSYS، تمرکز تنش حاصل از جوشکاری اصطکاکی اختلاطی بین دو سوپرآلیاژ In718 و Mar-M247 بررسی گردد.
.2 روش تحقیق
.1,2 روند انجام تحلیل جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در ANSYS
مراحل تحلیل جوشکاری دو سوپرآلیاژ In718 و Mar-M247 به روش جوشکاری اصطکاکی به وسیله نرم افزار ANSYS در فلوچارت نشان داده شده در شکل 1 آورده شده است.
شکل - 1 - فلوچارت روند انجام تحلیل در نرم افزار .ANSYS
مشخصات بکار برده شده در مدل المان محدود باید کاملاً وابسته به دما تعیین گردند چراکه تنش و کرنش مکانیکی در دماهای بالا به دما ربط پیدا می کنند. المانی باید در این قبیل آنالیزها استفاده شود که قابلیت کوپل دمایی سازه ایی را داشته باشد. در ایجاد تماس بین دو ماده، دما نیز در درجه آزادی آن المان ها لحاظ گردیده است. شکل 2 شمای کلی از اتصال دو آلیاژ به وسیله جوشکاری اصطکاکی را نشان میدهد.
شکل - 2 - هندسه مدل طراحی شده
.2,2 مشخصات مسأله
در این قسمت سوپر آلیاژهایIn718 و Mar-M247 را بوسیله جوشکاری اصطکاکی با ابزار بدون پین تحلیل میگردد. شبیه-سازی شامل سه مرحله است:
-1 درگیری ابزار با قطعه کار.
-2 تولید دما تا حد جوش توسط چرخش درجای ابزار بر روی قطعه کار.
-3 حرکت با چرخش ابزار بر روی قطعه کار.
.3,2 مشخصات ماده سوپرآلیاژها
ترکیبات شیمیایی سوپرآلیاژ In718 بر حسب درصد وزنی در جدول 1 و ترکیبات شیمیایی سوپرآلیاژ Mar-M247 بر حسب درصد وزنی در جدول 2 آمده است.
جدول - 1 - ترکیبات شیمیایی [1] IN718
جدول - 2 - ترکیبات شیمیایی [4] Mar-M247
خواص سوپرآلیاژهای In718، Mar-M247 و همچنین مشخصات مربوط به ابزار جوشکاری که به منظور مدلسازی استفاده گردیده است در جدول 3 آورده شده است.
