بخشی از مقاله
خلاصه
در این بررسی دو فرآیند نوین اتصال دائم قطعات فلز به کامپوزیت با نام تجاری کاملد1 مورد ارزیابی قرار گرفته است. دو فرآیند شامل حکاکی سطح و انتقال فلز سرد میباشد، که در روش حکاکی سطح با استفاده از پرتو الکترونی 12برآمدگیهایی بر روی سطح فلز ایجاد میشود و در روش انتقال فلز سرد3 که یک روش نوین جوش قوس الکتریکی است پینهایی با هندسههای مختلف روی سطح فلز جوش داده میشوند. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که این دو فناوری توانایی انتقال بار، حداکثر تغییر شکل و ظرفیت جذب انرژی بسیار بیشتری نسبت به اتصالات چسبی سنتی دارند. همچنین از دادههای بدست آمده نتیجه میشود که این اتصالات در مقایسه با اتصالات رایج دارای شکست تدریجیتری میباشند و امکان بازرسی و یا تعمیر سازه قبل از شکست را به آسانی فراهم میکنند.
کلمات کلیدی: اتصال فلز به کامپوزیت، اتصال ترکیبی، اتصال کاملد، حکاکیسطح، انتقال فلز سرد
.1 مقدمه
کاربرد کامپوزیت در صنعت به خاطر نسبت مقاومت به وزن بالای آنها رو به افزایش است. از جمله کاربردهای عمده کامپوزیت میتوان به صنایع هوافضا، دریایی، صنعت خودرو و صنایع خاص مربوط به آنها اشاره کرد. در بسیاری از شرایط ممکن است ایجاد یک سازهکاملاً ساخته شده از کامپوزیت میسر نباشد، بنابراین اتصال بین کامپوزیت و×مواد دیگر از جمله فلز مورد نیاز است. در فرآیندهای تولید کامپوزیت، چالشهای مختلفی در طراحی و اتصال کامپوزیت به قطعات فلزی وجود دارد. این دو ماده یعنی پلیمر تقویتشده با الیاف که ارتوتروپ - Orthotropic - بوده و یک فلز ایزوتروپ - Isotropic - ، ویژگیها و روشهای تولید متفاوتی نیز دارند که این مساله منجر به ایجاد مشکلاتی در اتصال این دو ماده میشود.
قطعات بوسیله پیچ و پرچ - اتصال مکانیکی - ، چسب و یا ترکیبی از این دو روش به یکدیگر متصل میشوند تا بدینترتیب بتوان سازههایی برای تحمل مناسب بار تولید کرد. انتخاب روش مناسب اتصال به منظور ایجاد تحمل بار ایمن در عین حال داشتن وزن کم، امری ضروری است. بنابراین، تولید اتصالات ترکیبی از این دست با مقاومت بالای محل اتصال بین فلز وکامپوزیت یک موضوع مهم برای روشهای اتصال میباشد .[1]اتصال قطعات با استفاده از پیچ و پرچ به طور قابل توجهی از نظر توزیع تنش [5-2]، مقاومت استاتیکی و دینامیکی [6] و مکانیزمهای شکست [8,7] مورد مطالعه قرار گرفته است. مقاومت کششی بالای پیچ و پرچ، سادگی مونتاژ و دمونتاژ آنها، منجر به برتری نسبی این اتصال شده است.
با این وجود عواملی چون تخریب الیاف تقویتکننده، تضعیف مقطع محل حفره، تمرکز تنش در اطراف سوراخهای پیچ و مشکلات مربوط به لقی اتصال، مشکلات عمدهای هستند که این تکنیک در اتصال فلز با پلیمرهای تقویتشده با الیاف - FRP - ایجاد میکند. این معایب با بکارگیری پیچ یا پرچهای ایمن برطرف شدهاند، اما افزایش وزن قسمت اتصال در سازههای بزرگ همچنان وجود دارد. روشهای طراحی به منظور افزایش بازدهی اتصالات با هدف کاهش تنش [9] و یا تعبیه جاسازها [11,10] توسعه داده شدهاند.پیوند چسبی، یک اتصال ظریف و غیرمخرب را ایجاد میکند. درکنار نظریههای مکانیزم کنونی [12]، شاخصههای فیزیکی مختلفی از قبیل تاثیر طول درگیر، تنظیمات انتهای اتصال، جهتگیری الیاف در کامپوزیت و یا پرداخت سطح به طور جزیی مورد بررسی قرار گرفتهاند و تاثیر زیاد آنها نشان داده شده است .[13]
تحقیقات بر روی بازدهی و راهکارهای تعمیر مقرونبهصرفه برای سازههای فلز-کامپوزیتی و اتصالات آنها در جهت افزایش عمر ماشینآلات گرانقیمت و بادوام - از قبیل هواپیما، اعم از نظامی و غیرنظامی، کاربردهای دریایی - ادامه دارد.تحقیقات اخیر بر روی اتصال سازههای ترکیبی چند جنسی راهکارهای مختلفی را دنبال میکند. سعی بر این است که فواید هر دو نوع اتصال پیچ و پرچی و یا اتصال چسبی با هم یکی شوند. کلی و همکاران استفاده از یک نوع اتصال ترکیبی چسبی-پیچی را برای کاربرد در صنعت خودرو منتشر کردهاند .[14] مطالعات بر روی پارامترهای عددی و انجام آزمایشهای عملی به طراحی چنین اتصالاتی با مقاومت بالا و تحمل آسیب کمک میکند.
.2 معرفی دو روش نوین در اتصالات پیشرفته
.2-1 حکاکیسطح با پرتو الکترونی
ابداع روش حکاکی سطح توسط موسسه جوش، امکان ایجاد یک اتصال ترکیبی یکپارچه را فراهم کرد .[15] تکنیک اصلاحشده ایجاد اتصال بین فلز و کامپوزیت به این روش کاملد 1 نامیده میشود. تزریق رزین به عنوان پیوند چسبی عمل میکند، که مقاومت اتصال آنها به کیفیت پرداخت سطح و شرایط تولید بستگی دارد. میخچههای فلزی و ورقههای کامپوزیتی هر دو توسط رزین و همچنین یک شکلدهنده مکانیکی که سرتاسر ضخامت کامپوزیت است یکپارچه میشوند. این روش جدید دارای ترکیب مزیتهای هر دو نوع اتصال چسبی و مکانیکی است. این روش اتصال منحصربهفرد قابلیت بالایی در انتقال بار و جلوگیری از تمرکز تنش دارد. از روش حکاکیسطح برای ایجاد برآمدگی یا تورفتگی به وسیله پرتو الکترونی استفاده میشود که این بافتهای سطحی بر روی قسمت فلزی که کامپوزیت روی آن قرار میگیرد، شکل میگیرند. در شکل1 نمونههایی از حکاکیسطح که با استفاده از میکروسکوپ الکترون روبشی2 تهیه شده، نشان داده شده است .[16]
.2-1-1 ساخت نمونهها
در شکل2 هندسه دو نوع اتصال انتخابی برای آزمایش نمایش داده شده است، برای هر نوع اتصال 10 نمونه فولاد زنگنزن برای ایجاد فرم دلخواه ماشینکاری شده است، 5 نمونه نخست برای اتصال مرجع، به روش سندبلاست و 5 نمونه دیگر با روش جدید حکاکی سطح ساخته شدهاند .[16]در شکل3 نمونههای تک پلهای و دو پلهای از سطوح که با استفاده از حکاکی سطح ساخته شدهاند نشان داده شده است. این عملیات سطحی میتواند برای ایجاد برآمدگیهایی در فلز در قالب شکلها و اندازههای گوناگون به کار رود.
