به منظور ارزیابی امکان اتصال همجنس و غیرهمجنس آلیاژهای آلومینیم 5019 و 7039، ورق هایی به ضخامت 3 میلیمتر از این آلیاژها به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی خودواکنشی جوشکاری شدند. ابزار دوکی شکل شناور مورد استفاده برای جوشکاری از جنس فولاد گرم کار عملیات حرارتی شده، طراحی و ساخته شد. اثر متغیرهای مختلف فرآیند نظیر فاصله بین شانه ها، سرعت پیشروی و سرعت چرخش ابزار به منظور ایجاد اتصالی عاری از عیب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بازرسی چشمی و رادیوگرافی نشان داد که اتصال سالم در سرعت پیشروی mm/min 22 و سرعت چرخش ابزار rpm 1120 بدست می آید. نتایج آزمون کشش نشان داد که راندمان اتصال بدست آمده برای اتصال های 5019-5019، 7039-7039 و 7039-5019 به ترتیب 72، 76 و 5/91% است که از راندمان اتصال با روش های ذوبی بیشتر و قابل مقایسه یا بیشتر از راندمان اتصال با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی معمولی است. ارزیابی میکروسکپی سطح شکست نمونه های جوشکاری شده نشان داد که برای اتصال های همجنس، مکانیزم شکست غالب، شکست نرم می باشد اما برای اتصال غیرهمجنس، مکانیزم غالب شکست ترد می باشد. ارزیابی سختی سطح مقطع عرضی قطعات جوشکاری شده در نزدیکی شانه بالایی و پایینی نشان داد که میزان سختی در نزدیکی شانه پایینی ابزار همواره بیشتر است. بیشتر بودن سختی در مجاورت شانه پایینی را می توان به دمای پایین تر قطعه در این ناحیه نسبت داد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

هدف از پژوهش حاضر امکان سنجی تولید اتصالات مستحکم و بدون عیب بین ورق های آلومینیوم 1050 و مس خالص به روش میکرو جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به کمک ابزارهای عادی و جدید می باشد. با تحلیل نتایج حاصل از آزمون کشش و تحلیل سیگنال به نویز، میانگین بیشینه مقاومت کششی نهایی اتصالات مقدار MPa 88 گزارش شده است که به هنگام استفاده پارامترهای سرعت دورانی، سرعت پیشروی و آفست ابزار با سطوح به ترتیب rpm 2400، mm/min 40 و mm 25/0 بدست آمده است. همچنین نتایج تحلیل واریانس مشخص کرد که به ترتیب پارامترهای سرعت دورانی و سرعت پیشروی، بیش ترین میزان اثرگذاری روی مقاومت کششی اتصالات را عهده‎دار بوده اند. مقادیر بیشینه و کمینه ناشی از آزمون ریزسختی سنجی نیز به ترتیب برای ناحیه مرکزی جوش و منطقه متأثر از حرارت آلومینیوم ثبت شده است که برابر با HV 192 و HV 21 می باشند. نتایج آزمون پراش اشعه ایکس روی نمونه های بهینه وجود ترکیبات بین فلزی CuAl2 و Cu9Al4 در منطقه جوشکاری را نشان داد. مقاومت کششی اتصالات ایجاد شده به شدت تابع میزان تشکیل این ترکیبات بین فلزی می باشد.

در این پژوهش ورق هایی از جنس آلیاژ آلومینیوم 5086 با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به یکدیگر متصل شدند. از سه منطقه ناحیه دکمه جوش (WNZ)، ناحیه متاثر از جوش (HAZ) و فلز پایه (PM) نمونه برداری گردید و رفتار خوردگی این مناطق در محلول هوادار 3.5 درصد وزنی سدیم کلراید و با روش پلاریزاسیون پتانسیو دینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مورد مطالعه قرار گرفت. ریز ساختار نواحی جوش و مورفولوژی سطوح خورده شده نیز توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به همراه آنالیز کمی EDS مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج نشان داد که سه نوع رسوب شاملAl-Fe-Mn-(Cr) ، Al-Mg-Si و  Al-Mgدر فلز پایه شناسایی شد بطوری که بعد از جوشکاری، فقط رسوبات Al-Fe-Mn-(Cr) و Al-Mg-Si در ناحیه دکمه جوش شناسایی گردید. بیشترین دانسیته جریان خوردگی مربوط به فلز پایه می باشد و نواحی متاثر از حرارت و دکمه جوش از مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به فلز پایه برخوردار می باشند. دو نوع فرآیند خوردگی موضعی در مناطق خورده شده در هر سه ناحیه جوش شامل خوردگی موضعی قلیایی به همراه خوردگی حفره ای با حفره های کریستالوگرافی (بلورشناسی) مشخص شد.

در این مقاله سعی شده است تا تاثیر پارامترهای جوشکاری شامل شکل ابزار، زاویه ابزار، سرعت چرخشی و پیشروی ابزار بر روی تشکیل عیب هلالی مورد بررسی قرار گیرد. به این منظور جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی آلیاژ آلومینیم 1085 توسط ابزارهای استوانه ای، مثلثی و مربعی تحت شرایط مختلف صورت گرفت. مقاطع جوش حاصل توسط روش های رادیوگرافی، متالوگرافی و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تحت شرایط جوشکاری سرعت چرخشی 1120 دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 160 میلی متر بر دقیقه و با زاویه 1 درجه عیب هلالی تشکیل شده واضح تر بوده و به نظر می رسد عامل اصلی تشکیل عیب هلالی مقدار بالای گرمای ورودی به ناحیه جوش در این نمونه باشد که باعث شدید اکسیداسیون آلومینیم شده و تشکیل ذرات اکسیدی را ترغیب نموده است. ذرات اکسیدی حاصل در حین انتقال مواد مابین قسمت پیشرو و پسرو به شکل S توزیع شده و منجر به تشکیل عیب هلالی شده اند.

فرایند جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی یک روش نو و جدید جوشکاری حالت جامد است که در اثر اصطکاک بین پین و شولدر و قطعه کار، تولید حرارت می کند. این حرارت باعث ایجاد یک منطقه خمیری شکل می شود. نیروی فشار از طرف شولدر و چرخش پین و ادغام لبه های اتصال سبب انجام جوشکاری می شود. در این پژوهش ابتدا به بررسی جوش پذیری ورق فولادی EN10130 با ضخامت 1.5 میلی متر پرداخته شد و پارامترهای سرعت دورانی، سرعت پیش روی ابزار، قطر پین و شولدر، توسط 58 عدد آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است. پس از ایجاد جوش هایی بدون عیب، بازه 500 تا 1000 دور بردقیقه برای سرعت دورانی و بازه 30 تا 160 میلی متر بر دقیقه برای سرعت خطی بترتیب به عنوان سطوح بالا و پایین مناسبی برای این پارامترها انتخاب شده اند. برای دست یابی به بیشترین استحکام کششی، تعداد 29 آزمایش با توجه به سطوح معین شده پارامترها، از روش باکس بنکن طراحی شده، سپس متدولوژی سطح پاسخ برای بهینه سازی پارامترها مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بهینه سازی و شرایط آزمایشگاهی همخوانی خوبی داشتند که این نتیجه، نشان دهنده کفایت مدل طراحی آزمایش ها و نتایج پیش بینی بهینه سازی است. آزمایش های ریز سختی سنجی، متالوگرافی و تست کشش نرمال صورت گرفته روی 3 سری از ورق های تولید شده با مناسب ترین استحکام کششی و ازدیاد طول، منطقه متاثر از حرارت ورق های سمت پیشرونده را ضعیف تر از بقیه موضع جوش معرفی کردند.

ابزار دوکی شکل، طراحی نوینی از ابزار برای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است که انجام جوشکاری دوطرفه را در یک پاس میسر می سازد. هدف اصلی این تحقیق طراحی و ساخت ابزار دوکی شکل شناور می باشد که پس از ساخت آن، به منظور ارزیابی توانایی این ابزار قابلیت جوشکاری آلیاژ آلومینیم 6061 با ابزار طراحی شده مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان دادند که جوش های سر به سر با کیفیت و عاری از عیبی را می توان با این ابزار تولید کرد. استحکام جوش های بدست آمده در حد استحکام نمونه های جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی با ابزار معمولی می باشد. نمونه های به دست آمده به منظور بررسی کیفیت و قدرت جوش تولیدشده مورد بررسی آزمون های مکانیکی ازجمله کشش و سختی قرار گرفت. نیل به راندمان اتصال 7/60 % نشان دهنده موفقیت در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و درنتیجه کارایی ابزار مورد طراحی است. دومین مشخصه اساسی مورد بررسی در جوش سختی می باشد که به دلیل انحلال رسوبات، افت سختی در ناحیه اغتشاشی مشاهده می شود که رفتار گزارش شده در ناحیه جوش توسط محققان دیگر را مورد تائید قرار داده است.

جوشکاری آلیاژهای آلومینیم به روش های متداول ذوبی منجر به ساختاری درشت دانه، عیوب اجتناب ناپذیر و نرم شدگی شدید در ناحیه جوش می شود. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار دوکی شکل تکنیکی از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی می باشد که به دلیل داشتن یک شانه اضافه، پتانسیل بالایی برای توسعه کاربردهای روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در صنایع دریایی، هوافضا و خودرو ایجاد کرده است. به منظور ارزیابی امکان اتصال همجنس آلیاژ آلومینیم 5083، ورق هایی به ضخامت 3 میلیمتر از این آلیاژها به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار دوکی شکل جوشکاری شدند. اثر متغیرهای مختلف فرآیند نظیر فاصله بین شانه ها، سرعت پیشروی و سرعت چرخش ابزار مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اتصال سالم در سرعت پیشروی mm/min 13 و سرعت چرخش ابزار rpm 1350 بدست می آید. نتایج آزمون کشش نشان داد که راندمان اتصال بدست آمده 5/94% است که از راندمان اتصال روش های ذوبی بیشتر و قابل مقایسه با راندمان اتصال با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی معمولی است. ارزیابی میکروسکوپی سطح شکست نمونه های جوشکاری شده نشان داد که برای اتصال های همجنس، مکانیزم شکست غالب، شکست نرم می باشد.