عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی و عددی فرآیند ایجاد اتصالات نقطه جوش به روش جوشکاری اصطکاکی همزنی در آلیاژ الومینیوم
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3068;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70720
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- حسین عندلیب
- استاد راهنما
- محمد رضا فراهانی
- چکیده
- جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ایی به عنوان گونه ایی از فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی خطی فرایند نسبتا جدیدی است که برای اتصال روی هم ورق های فلزاتی مانند آلیاژ های آلومینیوم، منیزیم و فولاد در حالت جامد به کاربرده می شود. یکی از اصلی ترین معایب این روش به جای ماندن سوراخ ناشی از پین ابزار روی سطح بالایی اتصال است. در این پژوهش به منظور رفع این مشکل روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ایی تخت برای اتصال روی هم ورق های آلومینیوم 5754 انتخاب شد. این روش در دو مرحله اجرا می شود که در مرحله اول از صفحه پشت بند دارای سوراخ و ابزار دارای پین استفاده می شود در نتیجه موادی که زیر پین ابزار قرار دارند به داخل این سوراخ فشرده می شوند. در مرحله دوم سطح صفحه پشت بند صاف است و ابزار جوشکاری داری سطح صاف و بدون پین می باشد تا سوراخ بر جای مانده در مرحله اول با موادی که در مرحله قبل به داخل سوراخ صفحه پشت بند نفوذ کرده اند پر شود. نمونه های تولید شده با این روش با نمونه های جوش اصطکاکی اغتشاشی نقطه ایی معمولی از نظر استحکام مقایسه شدند و مشخص شد که علاوه بر بهبود ظاهر اتصال، استحکام کششی نیز افزایش می یابد. سپس پارامترهای هندسی و فرایندی این تکنیک شامل شیب سطح شانه ابزار، عمق نفوذ مرحله اول و دوم فرایند و سرعت دورانی در مرحله اول و دوم فرایند مورد بررسی بیش تر قرار گرفتند. نتایج آزمایش کشش نشان داد که استفاده از هندسه شانه مقعر نسبت به شانه تخت برای ابزار منجر به تولید اتصالات با استحکام بالاتر میشود. هم چنین افزایش عمق نفوذ ابزار در مرحله اول جوشکاری ابتدا منجر به افزایش استحکام میشود اما افزایش بیشتر عمق نفوذ بعد از یک حد مشخص به دلیل ایجاد گرمای زیاد منجر به کاهش استحکام اتصال میشود. همچنین مطالعات ریز ساختاری و میکروسختی سنجی نشان داد که این افزایش گرمای ورودی باعث افزایش اندازه دانه و کاهش سختی نیز می شود. هم-چنین مشخص شد که تغییر عمق نفوذ در مرحله دوم فرایند تاثیر محسوسی بر استحکام اتصال ندارد. تاثیر سرعت دورانی در مرحله اول نیز به مانند عمق نفوذ در مرحله اول است به گونه ایی که با افزایش سرعت دورانی تا حد مشخصی به دلیل افزایش تغییر شکل پلاستیک و تبلور مجدد دینامیکی استحکام اتصال افزایش می یابد اما افزایش بیش تر سرعت دورانی به دلیل غالب شدن اثر آنیلینگ منجر به کاهش استحکام و سختی اتصال و افزایش اندازه دانه می شود. هم چنین به علت این که مرحله دوم فرایند تنها به منظور پر کردن سوراخ انجام می شود پایین ترین سرعت دورانی انتخاب شده در این مرحله بالاترین استحکام را ایجاد کرد و افزایش سرعت دورانی در مرحله دوم به دلیل افزایش اثر آنیلینگ منجر به کاهش استحکام کششی نمونه ها شد. هم چنین مطالعات ریز ساختاری نشان دادند که بین فاصله نوک هوک ایجاد شده در اتصال تا سطح نمونه و استحکام کششی نمونه های جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ایی یک ارتباط منطقی برقرار است و با افزایش این ارتفاع استحکام نمونه ها افزایش یافته است. هم چنین برای نمونه های جوش اصطکاکی اغتشاشی متداول تولیدی که اثر عمق نفوذ ابزار به صورت تجربی بررسی شد شبیه سازی عددی نیز انجام شد و نتایج شبیه سازی نشان داد که با افزایش عمق نفوذ حرارت تولید شده و دمای ماکزیمم تجربه شده در اتصال افزایش می یابد. کلمات کلیدی: جوش اصطکاکی اغتشاشی نقطه ایی- آلیاژ آلومینیوم- استحکام برشی- ریزساختار
- Abstract
- Friction stir spot welding as a special type of friction stir welding is a new welding technique for solid state lap joining of sheet metals like Aluminum, magnesium and steel. One of the disadvantages of FSSW technique is a keyhole which generally remains at the center of the stir zone. In order to solve the mentioned problem, flat FSSW technique for lap joining of Al 5754 has been developed. This technique has two steps. In the ?rst step, a specially designed back plate with a round dent on the plate surface was employed. As a result, a keyhole on the top side and a protuberance on the bottom side of the welds were formed. In the second step, a pin-less rotating tool was used to remove the protuberance and consequently the keyhole as well. The strength of the prepared joints by this technique was compared with the conventional FSSW joints, and it was observed that not only the appearance of the joint improved by removing the keyhole but also the static strength of the weld was improved too. Then the geometrical and process parameters of the employed technique include the tool shoulder inclination, plunge depth in the first and second step of the process and the tool rotational speed in the first and second step of the process had been investigated. Results of tensile test revealed that the concave shoulder produced stronger joints than the flat shoulder. Also increase in the plunge depth of the first step up to a certain limit enhanced the strength of the joint. Microstructure and microhardness investigations showed that increasing the heat input led to the grain size increase and consequently decreased the weld hardness. Experimental studies also showed that increasing the plunge depth in the second step had no considerable effect on the joint strength. Increasing the rotational speed up to a certain limit increased the joint strength due to more plastic deformation and dynamic recrystallization. More rotational speed increase resulted in strength and hardness decrease and increased the grain size due to annealing effect. Also, since the second step of the process used only for removing the keyhole, the lowest used rotational speed in this step resulted in the highest strength. Microscopic studies also revealed that there was a direct relation between the distance of the hook tip and specimen surface with the tensile shear strength of the joints. Numerical simulation had been employed for simulating the conventional friction stir spot welding process and the effect of the plunge depth has been studied. Experimental and simulation results revealed that by increasing the plunge depth the heat input and consequently the maximum temperature in welding increased. Keywords: friction stir spot welding- aluminum alloy- lap shear strength- microstructure
