بررسی اثر پارامترهای جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی بر خواص مکانیکی ورق‌های مسی تحت گاز هلیم

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 5، دوره 36، شماره 4 - شماره پیاپی 38، دی 1403، صفحه 75-92   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2024.85831.1226

نویسندگان

مجتبی وکیلی ازغندی¹؛ سعید یعقوبی²؛ علی شیرازی^{* 3}؛ امین نوین⁴

¹مجتمع آموزش عالی گناباد

²گروه مکانیک دانشگاه ایلام

³گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

⁴مجتمع پسرانه سما اسلامشهر، اسلامشهر، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق، ورق‌های مسی با شرایط مختلف جوش‏کاری شامل سرعت‌های مختلف دورانی و انتقالی ابزار و نیز به تعداد یک و دو پاس جوش به روش جوش‏کاری اصطکاکی اغتشاشی به یکدیگر متصل شده‌اند. این جوش‏کاری‌ها تحت گاز هلیوم به عنوان گاز محافظ انجام شده‌اند. دمیدن گاز هلیوم بر روی جوش‌ها و ابزار جوش‏کاری سبب می‌شود که از تماس هوا با آن‌ها جلوگیری شود و از اثرات نامطلوبی که هوا بر آن‌ها می‌تواند بگذارد، اجتناب گردد. در این تحقیق به علت نرم بودن فلز مس و نازک بودن ورق‌ها به‌جای نمونه‌های ضریب شدت تنش بحرانی KIC، از نمونه‌های انتگرال-J استفاده شده است. این کمیت با ساخت نمونه‌های C(T) اندازه‌گیری شد. نتایج این مطالعه نشان داد که به دلیل وقوع پدیده تبلور مجدد در منطقه اغتشاشی، چقرمگی شکست و سختی ویکرز می‌تواند به ترتیب 49/41% و 85/52% نسبت به فلز پایه افزایش یابند. وقوع پدیده آنیل شدن در ناحیه متأثر از گرما منجر به تنزل خواص ریزساختاری و مکانیکی می‌شود، به‌گونه‌ای که میزان سختی ویکرز، استحکام نهایی و چقرمگی شکست نسبت به فلز پایه به‌ترتیب 57/28%، 90/33% و 98/10% می‌توانند کاهش پیدا کنند. علاوه بر این، نتایج تحقیق نشان داد که برای به دست آوردن یک جوش بهتر، مناسب‌تر است که به جای انجام دو یا چند پاس جوش‏کاری، فرآیند جوش‏کاری را در دمای کمتری انجام داد، به گونه‌ای که گرمای کمتری به قطعه‌کار منتقل شود.

کلیدواژه‌ها

جوش&rlm؛ کاری اصطکاکی اغتشاشی؛ گاز محافظ هلیوم؛ خواص مکانیکی؛ پارامترهای جوش&rlm؛ کاری؛ انتگرال-J

مراجع

[1] Y. F. Sun, and H. Fujii, "Investigation of the welding parameter dependent microstructure and mechanical properties of friction stir welded pure copper," Materials Science and Engineering: A, vol. 527, no. 26, pp. 6879-6886, 2010. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.07.030

[2] B. Zareh, M. Bakhshi, A.H. Gorji, and S. Nourouzi, "Analysis of forming parameters in sheet hydro-forming process," Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 24, no. 1, pp. 33-52, 2012. (In Persian). https://doi.org/10.22067/fum-mech.v24i1.21491

[3] G. Payganeh, Q. Malekzadeh Fard, J. Shahbazi Karami, and O. Chaeichi Siqahkal, "Experimental study and simulation of tube ydroforming process of bi-layered aluminum-copper with axial feeding," Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 28, no. 2, pp. 65-84, 2017. (In Persian) https://doi.org/10.22067/fum-mech.v28i2.48455

[4] B. Murugan, and S. Kundu, "Study on microstructure, mechanical, and electrochemical behaviour of friction stir welded joints between aluminium and 304 stainless steel," Materials Research Express, vol. 6, no. 1, pp. 6016515, 2018. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aae3c1

[5] A. Ozer, A. Sik, B. Cevik, and M. Ozer, "The effect of friction stir welding parameters on microstructure and fatigue strength of CuZn37 brass alloys," Kovove Materialy, vol. 55, pp. 107-114, 2017. DOI: 10.4149/km_2017_2107

[6] K. Praneetha, M. Apoorva, T. Prasanna Laxmi, S. Ravi Sekhar, and S. Sravan Sashank, "Experimental investigation on aluminium alloy AA6082 and AA2014 using the friction stir welding," Materials Today: Proceedings, vol. 62, no. 6, pp. 3397-3404, 2022. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.270

[7] M. Atashparva, and M. Hamedi, "Investigating the effect of film in SSRSW of hastelloy X superalloy," Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 30, no. 1, pp. 129-140, 2018. (In Persian) https://doi.org/10.22067/fum-mech.v30i1.63369

[8] P. Harisha, H. M. Nanjundaswamy, H. N. Divakar, and D. Krishnan," Tensile properties of aluminium and copper alloys friction stir welded joints," Materials Today: Proceedings, vol. 54, pp. 223-227, 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.08.297

[9] M. Mashayekhi, and H. Hedayati, "Effect of welding sequence and hydrotest process on welding residual stresses in stainless steel SUS304 pipes," Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 22, no. 2 ,pp. 17-34, 2011. (In Persian) https://doi.org/10.22067/fum-mech.v22i2.10613

[10] F. Gao, Y. Guo, W. Yu, P. Jiang, and Zh. Liao, "Microstructure evolution of friction stir welding of Ti6321 titanium alloy based on the weld temperature below microstructure transformation temperature," Materials Characterization, vol. 177, pp. 111121, 2021. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111121

[11] A. A. E. Sidhom, S. A. R. Naga, and A. M. Kamal, "Friction stir spot welding of similar and dissimilar high density polyethylene and polypropylene sheets," Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, vol. 4, pp. 100076, 2022. https://doi.org/10.1016/j.aime.2022.100076

[12] A. Paoletti, F. Lambiase, and A. Di Ilio, "Optimization of friction stir welding of thermoplastics," Procedia CIRP, vol. 33, pp. 562-567, 2015. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.06.078

[13] M. R. Ojnordy, and F. Kolahan, "Numerical analysis and experimental study on friction stir welding (Case studies on aluminum alloy and mild steel)," Modares Mechanical Engineering, vol. 18, no. 2, pp. 263-253, 2018. (In Persian) dorl.net/dor/20.1001.1.10275940.1397.18.2.19.8

 [14] H. L. Qin, H. Zhang, D. T. Sun, and Q. Y. Zhuang, "Corrosion behavior of friction-stir-welding joints of 2A14-T6 aluminum alloy," International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, vol. 22, pp. 627-638, 2015. https://doi.org/10.1007/s12613-015-1116-9

[15] Y. F. Sun, and H. Fujii, "The effect of SiC particles on the microstructure and mechanical properties of friction stir welded pure copper joints," Materials Science and Engineering: A, vol. 528, no. 16-17, pp. 5470-5475, 2011. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.03.077

[16] S. Yaghoubi, and A. Shirazi, "Mechanical properties and corrosion behavior of friction stir welded copper plates under shielding gas," International Journal of Fatigue, vol. 152, pp. 106419, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106419

[17] P. Kahhal, M. Ghasemi, and M. Kashfi, "The Multi-Objective Optimization of the Friction Stir Welding using the Taguchi Design Method, the Response Surface Model and the Particle Swarm Algorithm," Scientific Journal of Aerospace Mechanics, vol. 17, no. 4, pp. 39-54, 2021. (In Persian). dor: 20.1001.1.26455323.1400.14.4.4.2

[18] "ASTM E92-17 Standard Test Methods for Vickers Hardness and Knoop Hardness of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA," (2016). doi: 10.1520/E0092-17

[19] "ASTM E8 / E8M-16a, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA," (2016). doi: 10.1520/E0008-04.

[20] "ASTM E1820 Standard Test Methods for Fracture toughness Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA," (2016). doi: 10.1520/E1820-09.

[21] W. B. Lee, and S. B. Jung, "The joint properties of copper by friction stir welding," Materials Letters, vol. 58, no. 6, pp. 1041-1046, 2004. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2003.08.014

[22] A. Azizi, R. V. Barenji, A. V. Barenji, and M. Hashemipour, "Microstructure and mechanical properties of friction stir welded thick pure copper plates," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 86, pp. 1985-1995, 2016. https://doi.org/10.1007/s00170-015