بخشی از مقاله
چکیده
اتصال پلیمر هایی با دمای انتقال به نرمی و ذوب پایین با روش های جوشکاری که دمای بسیار بالایی در ناحیه ی جوشکاری ایجاد می کنند، مانند روش های ذوبی، سبب کاهش چشمگیر سختی و خواص مکانیکی جوش می گردد. از این رو جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای به دلیل تولید حرارت بسیار کمتر نسبت به روش های ذوبی، جهت اتصال پلیمر ها، روش بسیار مطلوبی به شمار می رود. در این بررسی از یک ابزار بدون پین جهت حذف اثر سوراخ کلیدی استفاده شد. همچنین جهت بهبود اتصال یک زائده ی دایره ای شکل در زیر ناحیه ی تماس ابزار با ورق های پلیمری با قطری کمتر از قطر ابزار مصرفی تعبیه گردید. در این بررسی تنها پارامتر متغیر نرخ گردش ابزار بود که دامنه ی وسیعی از مقادیر را داشت. مشاهده شد که بیشترین و کمترین استحکام شکست به ترتیب مربوط به نمونه ها با نرخ گردش 2000 و 500 دور بر دقیقه بوده است.
کلمات کلیدی: جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای، پلی پروپیلن، ابزار بدون پین، استحکام کششی.
مقدمه
کاهش هزینه و میزان آلایندگی امری بسیار مهم در صنایع حمل و نقل به شمار می رود. از این رو صنایع مربوطه نظیر صنایع تولید خودرو بسیار راغب و مایل به تولید محصولاتی سبک، ایمن، دوستدار طبیعت و با هزینه ی تمام شده ی پایین می باشند .[1] لذا استفاده از مواد از سبک نظیر منیزیم و آلومینیوم در اینگونه صنایع به جای آهن چدن به دلیل کاهش وزن نهایی محصول تولید شده [2] که افزایش آلودگی و مصرف سوخت را به دنبال دارد، رواج یافته است 3] و .[4پلیمرها خواص ویژه ای نظیر پتانسیل بازیافت سریع، مقاومت به شکست و خستگی بسیار خوب، خواص استحکام ویژه با حفظ وزن و انبساط حرارتی پایین نسبت به فلزات و سرامیک ها دارند .[5] همچنین استفاده از پلیمرها به جای فلزات سبب کاهش وزن، هزینه، خوردگی در مکان های مرطوب، مصرف انرژی و مشکلات ساخت و تولید می گردد .[6]
در حال حاضر استفاده از پلیمر ها در صنایع مربوط به صنایع حمل و نقل بسیار رواج یافته است .[5] بنابراین به دلیل گسترش استفاده از پلیمرها در صنایع، روش های جوش و اتصال مناسب نیز مورد نیاز می باشد 7] و .[8جوشکاری نقطه ای قطعات فلزی و پلیمری در صنایع حمل و نقل، به خصوص صنایع خودرو، بسیار کاربردی است .[9] جوشکاری مقاومتی نقطه ای - RWS - روشی بسیار مرسوم جهت اتصال قطعات در صنایع خودرو می باشد .[9] روش های جوشکاری ذوبی مشکلات متعددی از قبیل اکسیداسیون، ناحیه ی متأثر از حرارت بزرگ، تخلخل و تنش پسماند بالایی دارند [10]، لذا روش های جوشکاری ذوبی نقطه ای نیز این مشکلات را به همراه دارند .[11] جوشکاری مقاومتی نقطه ای نیز روشی ذوبی بوده که به دلیل نقطه ی ذوب پایین پلیمرها نسبت به فلزات، روش مناسبی جهت اتصال پلیمرها محسوب نمی گردد.
جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای - FSSW - به دلیل هزینه ی کم، اعوجاج جوش پایین، استحکام جوش مناسب و سهولت استفاده به خصوص در مواردی که اتصال با روش های ذوبی دشوار است، بسیار مطلوب می باشد 12] و .[13 این روش جوشکاری در سال 2001 برای اتصال ورق های آلومینیومی در صنایع تولید خودرو جایگزین روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای شد .[14]تحقیقات گوناگونی پیرامون اثرات پارامترهای جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای بر استحکام جوش ورق های پلیمری مختلف صورت گرفته است .[18 - 15] در بیشتر تحقیقات استفاده از یک ابزار حاوی پین جهت اتصال ورق های پلیمری گزارش شده است 18] و .[19 استفاده از یک ابزار حاوی پین در جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای سبب ایجاد پدیده ی سوراخ کلیدی - keyhole - در مرکز محل جوش شده که باعث کاهش استحکام کششی و خستگی می گردد [20]، لذا چندان مطلوب نیست. تحقیقات وسیعی جهت حذف اثر سوراخ کلیدی انجام شده است.
به طور مثال در برخی موارد جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای دوباره پرشونده - RFSSW - مورد استفاده قرار گرفته [21] که روشی بسیار پیچیده و دشوار می باشد. در جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای بدون پین - PFSSW - ، یک ابزار صاف بدون پین استفاده می شود که برای اتصال ورق های پلیمری با ضخامت بیش از 0.7 میلی متر مناسب نمی باشد [22]، چرا که افزایش فروروی ابزار سبب کاهش ضخامت ورق بالایی و استحکام جوش می باشد .[15]استفاده از ابزارهای بدون پین محدب و یا مقعر به دلیل تأمین اختلاط کافی در نرخ فروروی کمتر نسبت به ابزارهای صاف، سبب افزایش استحکام جوش می گردد .[23] در این بررسی از یک ابزار بدون پین مقعر به همراه یک برآمدگی دایره ای شکل روی سندان در زیر ورق ها به صورت هم مرکز با ابزار جهت اتصال ورق های پلی پروپیلن - PP - استفاده شد و اثر آن بر استحکام و ظاهر جوش بررسی شد.
مواد و روش تحقیق
در این بررسی از ورق های پلی پروپیلن با ضخامت 2 میلی متر و طول و عرض 140 و 60 میلی متر به ترتیب، به رنگ های زرد و آبی جهت درک بهتر تغییرات صورت گرفته در ناحیه ی اتصال، استفاده شده است. ورق ها به میزان 45 میلی متر روی هم افتادگی داشتند - شکل . - 1از یک ابزار بدون پین مقعر با قطر 16 میلی متر استفاده شد - شکل - 2، چرا که استحکام جوش های صورت گرفته با ابزار بدون پین به دلیل حذف اثر سوراخ کلیدی بیش از جوش های صورت گرفته با ابزار پین دار می باشد .[22] علاوه بر این در مقادیر کمتر نفوذ ابزار به ورق ها با استفاده از ابزار مقعر، اختلاط و همزدگی
