بخشی از مقاله
مقدمه
امروزه جوشکاری یکی از صنایع مادر به حساب میآید و کمترین کارخانه یا کارگاه صنعتی را میتوان یافت که از این صنعت بهره نبرده باشد. ازینرو تلاش شدهاست تا خواص مکانیکی، کیفیت و هندسهی جوش همواره بهبود یابد. اندازه ی کوچک و سطح بزرگ و اثرات حجم ذرات نانو خواص مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی، نوری و فیزیک- شیمی منحصر به فردی را ارائه میدهد که آنها را به مواد مناسبی برای کاربردهای متفاوت در صنایع دفاعی، الکترونیک، هوافضا و شیمیایی تبدیل کردهاست - چن و همکاران، . - 2009 در جوشکاریهای قوس الکتریکی هندسهی گردهی جوش نقش مهمی در تعیین خواص مکانیکی جوش بازی می کند.
بسیاری از محققین پوشش فعال را در برخی فرآیندهای جوشکاری نظیر جوشکاری قوس الکتریکی تنگستن تحت حفاظت گاز آرگون، جوشکاری قوسی پلاسما و جوشکاری لیزر به کار برده اند - لوکاس، 1996؛ کوو، - 2001، اما کار کمی در مورد روش جوشکاری قوس الکتریکی تحت حفاظت گاز 1 انجام شده است. ازین رو تصمیم گرفته شد تا نانوذرات دیاکسید تیتانیوم را به عنوان یک پوشش در حوضچهی مذاب فرآیند GMAW وارد و اثر آن را بر هندسهی گردهی جوش بررسی کنیم. یکی از پارامترهای هندسهی جوش که تحت تأثیر پارامترهای ورودی جوشکاری می باشد، پهنای جوش است که به فاصله افقی روی سطح مقطع برش خورده که در اثر رسوبگذاری جوش ایجاد شدهاست اطلاق میشود.
فتاحی، نبهانی، واعظی و رحیمی - 2011 - بهبود چقرمگی فلز جوش AWS E6010 را با اضافه کردن نانوذرات دیاکسید تیتانیوم به پوشش الکترود گزارش کردند. پال و مایتی - 2011 - اثر نانوذرات دیاکسید تیتانیوم را بر روی خواص مکانیکی الکترود AWS E11018 M بررسی کردند و نتیجه گرفتند که خاصیت ضربه شارپی بهتر شدهاست. آقاخانی و همکاران - 2014 - گزارش کردند که با افزایش مقدار نانوذرات دیاکسید تیتانیوم نفوذ جوش در ابتدا کاهش، بعد از آن ثابت و درنهایت افزایش مییابد.
حضور نانوذرات دیاکسید تیتانیوم در حوضچهی مذاب به علت ایجاد تغییر در جهت مارانگونی - Marangoni - ، هندسهی جوش را تحت تأثیر قرار میدهد - لوو، فوجی، سوگیاما، تاناکا، نوگی، . - 2002 به منظور جمعآوری دادههای آزمایشگاهی از طراحی آزمایش دالرت - Doehlert - استفاده و طبق ماتریس طراحی 31 آزمایش انجام شد . برای ورود نانوذرات در حوضچهی مذاب از استون استفاده شد و بعد از حل کردن نانوذرات در استون، ورقهای فولاد کمکربن با خمیر حاصل شده پوشش داده شدند - هانگ، . - 2010 به منظور اعتبار سنجی مدل بدست آمده، 5 آزمایش خارج از ماتریس طراحی انجام شد.
پس از انجام آزمایشها قطعات جوش شده برش خوردند و عملیات آمادهسازی جهت متالوگرافی صورت گرفت و با جمعآوری دادهها، مدلسازی به کمک شبکهی عصبی مصنوعی و رگرسیون غیرخطی انجام و نتایج حاصل از هر دو روش با یکدیگر مقایسه شد تا بهترین مدل برای بررسی تأثیر نانوذرات دیاکسید تیتانیوم بر پهنای جوش تعیین شود. پهنای جوش در مهندسی سطح از اهمیت ویژهای برخوردار است. ازین رو تلاش شد تا در این مقاله یک مدل ریاضی با دقت قابل قبول برای پیشبینی مقادیر پهنای جوش ارائه شود و تأثیر نانوذرات دیاکسید تیتانیوم توسط مدل بدست آمده بر پهنای جوش مورد بررسی قرار گیرد.
طراحی آزمایش
انجام آزمایش همواره متضمن هزینه و زمان است. از این رو انجام آزمایشهای مؤثر که با صرف حداقل هزینه و زمان، بیشترین اطلاعات ممکن را نتیجه دهد همواره مورد توجه محققین بودهاست. این هزینه و زمان هنگامی که تعداد عوامل افزایش مییابد، به صورت صعودی رشد میکنداساساً. طراحی آزمایش به دو دستهی متقارن و نامتقارن تقسیم میشود. طراحی متقارن به آن دسته از طراحیها گفته میشود که پارامترهای مختلف آزمایش تعداد سطوح یکسانی دارند. اما در طراحیهای نامتقارن تعداد سطوح پارامترهای مختلف با یکدیگر متفاوت میباشد که این امکان را فراهم میسازد تا به پارامترهایی که از اهمیت بیشتری برخوردارند، توجه بیشتری شود - برانز، اسکارمینیو، باروزنتو، . - 2006 طراحی دالرت یک روش نامتقارن میباشد که به علت مزایای ذیل مورد توجه قرار گرفتهاست.
-1 امکان توجه بیشتر به پارامترهای مهمتر
-2 امکان استفاده از برخی از آزمایشهای قبلی در صورت ایجاد تغییر در پارامترهای آزمایش
-3 عدم وجود آزمایش تکراری برخلاف برخی از روشهای طراحی آزمایش طراحی دالرت برای 5 پارامتر ورودی، 3 پارامتر را 7سطحی، یکی را 5سطحی و دیگری را 3سطحی در نظر میگیرد. در این مقاله ولتاژ قوس - V - ، جریان جوشکاری - I - ، سرعت جوشکاری - S - ، درصد ترکیب گازهای محافظ - D - و ضخامت نانوذرات دی-اکسید تیتانیوم - N - به عنوان پارامترهای ورودی و پهنای جوش - W - به عنوان متغیر خروجی در نظر گرفته شدند . محدودهی پارامترهای ورودی با روش اوفت - OFAT - تعیین شد.
در این روش به جای تغییر همزمان همهی پارامترها، فقط یکی از پارامترها تغییر میکند تا به محدودهی مناسبی برای پارامترهای ورودی دست پیدا کنیم. این محدوده در جدول 1 نشان داده شده است. باتوجه به اهمیت پارامترهای ورودی، ضخامت نانوذرات دیاکسید تیتانیوم، جریان الکتریکی و سرعت جوشکاری 7سطحی، ولتاژ الکتریکی 5سطحی و درصد ترکیب گازهای محافظ 3سطحی در نظر گرفته شدند.
