بخشی از مقاله
چکیده
اتصال های غیر مشابه در سالهای اخیر در صنایع مختلف اهمیت یافته است. در این تحقیق تاثیر سرعت چرخش ابزار بر اتصال ورقهای آلومینیم خالص و فولاد ساده کربنی 1020، با طرح اتصال لب روی هم، و به صورت آلومینیم-رو، جوشکاری شده با فرآیند اصطکاکی همزنی، مورد بررسی قرارگرفت. سه سرعت دوران 800 و 1000 و 1250 دوردر دقیقه و همچنین سرعت پیشروی جوشکاری 20میلیمتر بر دقیقه تعیین شده و بقیه متغیرها به صورت ثابت در نظر گرفته شد. نمونههای جوشکاری شده مورد بررسی های ماکروسکوپی و میکروسکوپی قرار گرفتند. بررسیهای ریز ساختاری نشان داد که در فصل مشترک اتصال، در سرعت 800 دور در دقیقه، ساختار درهم آمیخته و مخلوط شده از لایههای آلومینیم و فولاد قابل مشاهده است. همچنین درناحیه جوش و در فصل مشترک آلومینیم و فولاد ، لایه بین فلزی Fe2Al5 , Fe4Al13 ایجاد شده است. با افزایش سرعت چرخش ابزار، استحکام کشش برش جوش کاهش یافته است.
کلمات کلیدی: جوشکاری اصطکاکی همزنی، آلومینیم، فولاد، ترکیب بین فلزی
-1مقدمه
فرآیند جوشکاری اصطکاکی همزنی نسبت به دیگر روشهای جوشکاری روشی نوین به حساب میآید. اتصال فلزات غیرهمجنس با روشهای ذوبی با مشکلاتی روبرو است، بنابراین روشهای حالت جامد پیشنهاد شده است. ابزار جوشکاری پس از پایداری سرعت در چرخش، یک مکث چند ثانیهای داشته و حرکت رو به جلوی خود را شروع مینماید، و مواد خمیری شکل اطراف ابزار را به درون ناحیه اختلاط میکشد. در این فرآیند وجود اغتشاش و حرارت در ناحیه جوش موجب تغییرات در توزیع ناخالصیها و اندازه دانهها در نواحی اطراف و مرکز اتصال میشود.[2-1]در روشهای جوشکاری ذوبی آلومینیم و فولاد ، اتصال استحکام بسیار پایینی دارد که دلیل آن تشکیل ترکیبات بین فلزی، به صورت لایههای ضخیم و پیوسته، در فصل مشترک جوش است که باعث تردی و شکنندگی چنین اتصالی میشوند.
همچنین جوش ذوبی حاصل از اتصال این دو فلز، به دلیل دیگری که اختلاف در خواص حرارتی آنها است، دشوار ارزیابی و اعلام شده است.[3] بنابراین روشهای جوشکاری حالت جامد بخصوص جوشکاری اصطکاکی همزنی روشهای بسیار مناسبی برای اتصال دو فلز غیر همجنس فولاد و آلومینیم به شمار می روند.[3]اتصال این دو فلز از طریق فرآیند اصطکاکی همزنی برای اولین بار در سال 2005 گزارش شده است، در تحقیقی در این زمینه واتانابه و همکاران اتصال فولاد SS400 به آلیاژ آلومینیم 5083 با ضخامت 2 میلیمتر را مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه دست یافتند که در ناحیه بالایی جوش، که درجه حرارت بیشتری داشت، ذرات ترکیبات بین فلزی آلومینیم و فولاد تشکیل می شود که با توجه به توزیع آنها در منطفه جوش باعث کاهش استحکام کششی اتصال می شد .[4]
در سال 2004 محققین دیگری روی اتصال فولاد 1018 به آلیاژ آلومینیم 6061 مطالعاتی انجام دادند. نتایج تحقیقات انجام شده نشان داد که در اتصال لب به لب دو فلز غیر همجنس آلومینیم به فولاد در افست 1.5 میلیمتر بیشترین استحکام و بهترین اتصال را خواهیم داشت زیرا قسمت اعظم ابزار مخروطی در قسمت آلیاژ آلومینیم قرار می گیرد و باعث سایش لبه فولاد شده است که این ذرات به طور یکنواخت در ناحیه اغتشاش قرار گرفته و چون ریز هستند عیب خاصی ایجاد نمی کرد.[5]محققان دیگری مانند تاناکا و همکارانش در سال 2009 بر روی اتصال فولاد به آلیاژ آلومینیم 7075 تحقیق کرده اند و نتیجه گرفته اند که با کاهش ضخامت ناحیه دارای ترکیبات بین فلزی استحکام افزایش یافته و استحکام با توجه به حرارت ورودی در این اتصال کمتر از اتصال آلومینیم به تنهایی است.[6]
همچنین در سال 2012 نوروزی و همکارانش در رابطه با اتصال فولاد کربنی 1054 به آلیاژ آلومینیم 1100 و همچنین اتصال فولاد ضد زنگ آستنیتی 304 به آلیاژ آلومینیم 5050 تحقیقاتی انجام دادند. در تحقیق این محققین ترکیبات بین فلزی Fe2Al5 , Fe4Al13 در ناگت جوش مشاهده شد که باعث کاهش استحکام نهایی اتصال می گردید -3].[7 محققین دیگری نیز این اتصال را مورد بررسی قرار داده و نشان دادند که نوارهای نازکی از ترکیب بین فلزی در سمت آهن و همچنین فریت در فصل مشترک جوش تشکیل شده و استحکام نهایی اتصال 80 درصد آلومینیم، به عنوان یکی از فلزات پایه، خواهد بود .[10-9-8] همچنین دیده شد که منطقه اغتشاش شامل فاز ارتورمبیک به شکل دانه ای و لایه ای بوده و توسط نانو ذرات و دانه های آلومینیم احاطه شده است.[11]
بعلاوه با افزایش سرعت جوشکاری حرارت ورودی جوش کاهش یافته و در نتیجه استحکام نهایی اتصال از 28 مگاپاسکال به 100 مگاپاسکال رسیده است .[13-12] بهر حال مشخص شد که استحکام جوش به وجود عیوب جوشکاری ، اندازه دانه ها، و ضخامت لایه ترکیبات بین فلزی وابسته است.[15-14]تحقیق در زمینه جوش آلومینیم غیر آلیاژی به فولاد ساده کربنی، با توجه به امکان تحلیل ساده تر، جزو نیازهای لازم برای درک تغییرات فازی ناشی از جوش به حساب می آید. در زمینه جوشکاری حالت جامد آلومینیم با فولاد ساده کربنی تحقیقات کمی وجود دارد. این تحقیق با این هدف طراحی شده است که ضمن انجام جوش اصطکاکی همزنی متغیرهای سرعت دوران و نقش آن در مشخصات ناحیه جوش و استحکام حاصله مورد بررسی قرار گیرد.
-2مواد و روش تحقیق
در این تحقیق ورقهای آلومینیم خالص تجاری و فولاد ساده کربنی 1020 مورد استفاده قرار گرفته است. ورق آلومینیم خالص و ورق فولاد هر دو با ابعاد 3×65×100 میلیمتر تهیه و مورد استفاده قرار گرفتند. ترکیب شیمیایی ورق های مورد استفاده در جدول 1 و 2 آمده است .
