بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با ارائه مدل براساس روش لاگرانژی با مدل ماده صلب- ویسکوپلاستیک، فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 7075 شبیه سازی شد. هنوز نکات مبهمی در ارتباط با تأثیر پارامتر سرعت پیشروی بر این فرایند به دلیل پیچیدگی بسیار زیاد وجود دارد، لذا نیاز به دانش علمی مبتنی بر مدل پیشبینیکننده که کمک قابل توجهی برای درک بهتر این فرایند میکند، است. در این مدل توزیع دما و تنش مؤثر در سرعتهای پیشروی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان میدهد که گرادیان دمایی، حجم سیلان ماده و تنش مؤثر در موقعیتهای مختلف اتصال جوشی تابع سرعت پیشروی ابزار هستند.
مقدمه
روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی فرایند اتصال حالت جامد بسیار مفید از جنبههای: استحکام بالا، پیچیدگی کم، عدم استفاده از فیلر و بدون آلودگی است که باعث شده است کاربرد موفقی در صنایع گوناگون بخصوص صنایع هوافضا ایفا نماید. در این فناوری دو قطعه در کنار هم جفت شده و بوسیله یک ابزار با حرکت چرخشی و پیشروی، جوش داده میشود.
در این روش ابتدا ابزار با زاویه بسیار کم نسبت به افق با سرعت چرخشی مشخص در جهت عمود بر قطعهکار نفوذ میکند و بعد از آن با حرکت چرخشی در جا در مدت زمان کم مکث میکند و سپس در جهت جوشکاری پیشروی میکند. بواسطه عدم ذوب فلز در این فرایند، رفتار سیلان ماده فاکتور مهم و مؤثری در کیفیت اتصال جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دارد.
در سالهای اخیر اولیسه و همکاران [1] توسط یک مدل اجزاء محدود سه بعدی صلب-ویسکوپلاستیک توانستند تأثیر سرعت چرخشی و پیشروی را در دمای فرایند برای آلیاژ آلومینیم 7050 بررسی کنند. طبق تحقیق آنها با افزایش سرعت چرخشی و کاهش سرعت پیشروی دمای فرایند افزایش مییابد. بوفا و همکارانش [2] مدل FEM با فرمولاسیون لاگرانژین سه بعدی ضمنی ، برای حل حالت کوپل مکانیکی- حرارتی برای فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 7075 ارائه کردهاند. در این مدل قطعهکار پیوسته و با رفتار ماده صلب- ویسکوپلاستیک در نظر گرفته شده است.
این مدل تأثیر سرعت پیشروی را بر توزیع حرارت و کرنش مؤثر بررسی میکند. با توجه به مدل آنها با افزایش سرعت پیشروی دمای جوش کاهش مییابد. ژانگ و همکاران [3] جریان مواد را در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 6061 ، تحت پارامترهای مختلف فرایند با استفاده از روش اجزاء محدود شبیهسازی کردهاند. نتایج حاصل از مدل آنها نشان میدهد که توزیع کرنش پلاستیک شبیه به ریز ساختار ناحیه جوش است و پارامترهای سرعت چرخشی و پیشروی بر آن تأثیر گذار است. همچنین نشان دادند که توزیع کرنش پلاستیک در سمت پیشرو بیشتر از سمت پسرو است.
فنگ و همکاران [4] توزیع تنش را در پروفیل جوش برای آلیاژ آلومینیم 6061-T6 با سرعت چرخشی 1250 rpm و سرعت پیشروی 4/67 mm⁄s محاسبه کرده است. ژانگ و همکارانش [5] با استفاده از روش اجزای محدود، مدل ترمومکانیکی را برای پیشبینی تغییر شکلهای ماده و تاریخچه دمایی در فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی توسعه دادند. در این تحقیق اثر پارامترهای جوشکاری با توجه به دنبال کردن سیلان ماده در فرایند مورد بررسی قرار گرفت.
فراتینی و همکارانش [6] مدل اجزاء محدود سه بعدی پیوسته را برای شبیه سازی فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 2024 همراه با یک کد لاگرانژی ضمنی، برای یک ماده صلب- ویسکوپلاستیک ارائه کردند. در این مدل توانستهاند توزیع حرارت را در پروفیل جوش برسی کنند. عظیم-زادگان و همکاران [7] با بکارگیری یک مدل ترمومکانیکی اجزاء محدود سه بعدی به بررسی اثرات سرعتهای جوشکاری بر گرادیان دمایی و کرنش پلاستیک ماده پرداخته است.
جی و همکاران [8] توسط شبیهسازی عددی حوزه دمایی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 7075 و همچنین تأثیر دما بر رفتار انتقال ماده را در این فرایند بررسی کردهاند. محمود عباسی و همکاران [9] با استفاده از روش اجزاء محدود توزیع دما را در حین جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 6061 مطالعه کردند. در این مدل اشاره شده که با افزایش زاویه انحراف و در پی آن افزایش اصطکاک دما در حین فرایند افزایش مییابد.
هدف از این تحقیق گسترش یک مدل عددی است که بتواند تأثیر سرعت جوشکاری را بر توزیع حرارت و تنش مؤثر در حین فرایند بررسی کند. در این پژوهش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 7075 با استفاده از نرمافزار DEFORM 3D شبیهسازی شده است. تغییرات دما، تنش مؤثر در محدوده سرعت پیشروی 32 mmmin، 64 و100 و سرعت چرخشی 630 rpm بررسی شده است.
مدل
برای مدلسازی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی از نرمافزار تجاری DEFORM 3D براساس کد لاگرانژی1 ضمنی 2 استفاده شده است. قطعهکار با مدل ماده صلب- ویسکوپلاستیک3 مدل شده و ابزار جوش صلب فرض شده است. فرض معقول اینست که استحکام تسلیم قطعهکار کمتر از استحکام تسلیم ابزار باشد.
