عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومنیوم سرس ۵۰۰۰به فولاد دریایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-جوشکاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1223;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71001
- تاریخ دفاع
- ۰۵ مهر ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمدباقر کشفی
- استاد راهنما
- حسن فرهنگی, سیدعلی اصغر اکبری موسوی
- چکیده
- به‌واسطه ماهیت پیچیده فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW)، علی رغم استفاده در صنایع مختلف، همچنان درک درستی از فیزیک آن وجود ندارد. در این بین مدل‌های مؤثر و قابل اطمینان می‌توانند به درک صحیح پدیده‌های فیزیکی و مکانیکی حاکم بر فرایند FSW کمک فراوانی کنند. روش‌های مدل‌سازی فرآیند FSW هنوز در حال توسعه بوده و تحقیقات زیادی جهت ارائه یک مدل کامل از فرآیند انجام شده و هم اکنون نیز در حال اجراست. هدف اصلی این تحقیق شبیه سازی جوشکاری FSW ناهمجنس آلیاژهای آلومینیم سری ?000 و فولاد و ارزیابی کیفی و کمی اتصالات با استفاده ازمایش‌های تجربی می‌باشد. به‌منظور تحقق اهداف پژوهش، شبیه سازی با استفاده از نرم افزار تجاری ANSYS انجام گرفت. همچنین تنش‌های پسماند و توزیع آن‌ها بعد از جوشکاری توسط این شبیه سازی پیش بینی گردید. به‌منظور تأیید صحت نتایج حاصل از شبیه سازی، تغییرات دمایی در قطعه در حال جوشکاری، شکل منطقه تغییر شکل به‌صورت تجربی اندازه گیری و با نتایج شبیه سازی مقایسه شد. در نهایت با انجام آزمایش‌های کشش و سختی سنجی، مطالعه به کمک میکروسکپ نوری، خواص مکانیکی و تغییرات ریزساختاری نمونه‌های جوشکاری شده تعیین شد و اثر پارامترهای مورد ارزیابی قرار گرفت. مقایسه نتایج شبیه سازی و تجربی نشان داد که مدل مورد استفاده قادر است تا حد قابل قبولی رفتار ترمومکانیکی در حین جوشکاری را پیش بینی نماید. بهترین شرایط اختلاط مواد در دکمه جوش در شرایطی به دست می‌آید که فولاد در سمت پیش رونده قرار داده شود. خواص حرارتی - مکانیکی متفاوت آلیاژ آلومینیم ?1?? و فولاد و ماهیت نامتقارن فرآیند FSW موجب نامتقارن شدن پروفیل دمایی و تنش پسماند در اتصالات ناهمجنس می‌شود. سرعت چرخشی و خطی ابزار بر روی بیشینه تنش پسماند کششی اثر می‌گذارد. بوسیله شبیه سازی حرارت ورودی کل، حرارت ناشی از اصطکاک و حرارت ناشی از کار پلاستیک محاسبه شد. دیده شد که برای هر ابزار، یک مقدار کمینه حرارت ورودی ناشی از کار پلاستیک به ازای هر میلی متر حرکت طولی ابزار وجود دارد که در مقادیر بیشتر از آن عیب تونل از ریزساختار حذف می شود. کلمات کلیدی: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ناهمجنس، شبیه سازی انسیس، تنش پسماند، خواص مکانیکی.
- Abstract
- The complex nature of the friction welding process (FSW) prevents a useful understanding of this process. This study presents a thermo-mechanical FSW simulation of AA5186 Aluminum alloy and St12 Steel alloy and qualitative and quantitative evaluation of welded samples was carried out experimental tests. In order to accomplish the project objects, by simultaneous solving of heat transfer and plastic deformation equations the temperature and material distribution in the welding process was predicted by using the commercial software ANSYS. Furthermore, the distribution of residual stresses after welding was predicted by this model. In order to verify the accuracy of the simulation results, temperature changes in the welded samples experimentally measured and compared with simulation results. Finally, the tensile test, micro-hardness test, optical and scanning electron microscopy (SEM) study, were performed to determine mechanical properties and microstructure changes of welded samples. Then, the effect of welding parameters and material flow on microstructural and mechanical properties was evaluated. Comparison of simulation and experimental results showed that the model can predict thermo-mechanical behavior during welding. Thermo-mechanical properties differences between AA5186 Aluminum alloy and St12 Steel alloy and the asymmetric nature of the FSW process result in asymmetric temperature and residual stress profiles in heterogeneous welded samples. The best mixing of material in the stir zone derived in condition that the St12 alloy is placed on the advancing side. the tool rotational and linear speeds affect the maximum of tensile residual stress. By simulation the values of total heat input, heat produced by friction and heat produced by plastic work are measured. Seen that for every tool there is a minimum amount of heat produced by plastic work per every millimeter of longitudinal movement of tool, which for values more than that the tunnel defect in microstructure is eliminated. Keywords: Friction stir welding; dissimilar welding; ANSYS simulation; Residual stress; Mechanical property.
