جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 1050 فوق ریزدانه: بررسی متغیرهای هندسه پین، دمای اتمسفر جوشکاری و سرعت‌های جوشکاری بر خواص مکانیکی

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

مرتضی حسینی ¹ (استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران. استادیار، هسته پژوهشی فناوری نانو، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.)
حبیب دانش منش ² (استاد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران)

تاریخ دریافت : 1400/06/04 تاریخ پذیرش : 1400/11/04 تاریخ انتشار : 1401/04/01

کلید واژه: دمای محیط جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی, هندسه ابزار جوشکاری, ریز سختی, آلومینیوم فوق ریزدانه 1050, کشش تک‌محوره,

چکیده مقاله :

به‌کارگیری آلومینیوم فوق ریزدانه و یا نانو ساختار به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا بسیار موردتوجه می‌باشد. یکی از چالش‌های اصلی این حوزه جوشکاری این مواد جهت تولید سازه‌های مهندسی می‌باشد. با توجه به پتانسیل بالای روش جوشکاری حالت‌جامد اصطکاکی اغتشاشی در اتصال مواد فلزی نانو ساختار، در این تحقیق با استفاده از تجهیزات و تکنیک‌های مختلف مانند میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی، آزمایش ریز سختی و آزمایش کشش تک‌محوره نحوه اثر برخی از متغیرهای اصلی این روش جوشکاری بر خواص مکانیکی اتصال ورق‌های آلومینیومی 1050 فوق ریزدانه تولید شده توسط تکنیک اتصال نورد تجمعی مورد مطالعه قرار گرفته است. متغیرهای مورد مطالعه شامل سرعت‌های جوشکاری، هندسه پین ابزار جوشکاری و دمای اتمسفر جوشکاری بوده است. نتایج به دست آمده نشان‌دهنده افزایش ریز سختی جوش با کاهش سرعت چرخشی یا افزایش سرعت انتقالی ابزار به دلیل حرارت کمتر ورودی به منطقه جوش می‌باشد. بررسی تأثیر هندسه پین نشان‌دهنده کم تأثیر بودن این متغیر بر خواص کششی اتصال می‌باشد. تنها در مورد ابزار با پین رزوه خورده بهبود مختصری در خواص کششی ایجاد شده است. انجام جوشکاری به شکل زیر آبی به نسبت جوشکاری در هوا می‌تواند سبب بهبود استحکام اتصال شود اما استفاده از آبی با دمای بسیار پایین (1 درجه سانتی‌گراد) در مقایسه با نمونه جوشکاری شده در آب با دمای 25 درجه سانتی‌گراد با ایجاد برخی عیوب جوشکاری مانند حفرات و کانال داخلی تأثیری معکوس داشته و خواص کششی اتصال ایجاد شده را به‌شدت تنزل می‌دهد.

چکیده انگلیسی:

The application of ultrafine-grained or nanostructured aluminum is very interesting owing to its high strength to weight ratio. Welding of these materials is one of the main challenges. Regarding the potential of the solid-state friction stir welding in joining of nanostructured materials, in the current research different equipment and techniques like optical and scanning and transmitted electron microscopes, Vickers microhardness, and uniaxial tensile tests were employed to study the effect of major welding parameters on the bonding quality of friction stir welded ultrafine-grained Al 1050 alloy produced via accumulative roll-bonding (ARB) method. The studied parameters were rotation and traveling speeds, pin geometry as well as welding atmosphere temperature. The results show the microhardness enhancement of the weld zone by decreasing the rotation speed or increment of traveling speed due to lower heat generation within the stir zone. Investigation of the pin geometry depicts an insignificant impact of this variable on the weld tensile properties. Only in the case of a threaded pin, a slight enhancement in the tensile properties was achieved. Submerge or underwater welding could improve joint strength. However, the application of extremely cold water with respect to 25° C water shows a reverse effect and leads to severe weld quality degradation owing to defects formation (like internal channels and surface discontinuity).

منابع و مأخذ:

 [1] Y. Cao, S. Ni, X. Liao, M. Song & Y. Zhu, "Structural evolutions of metallic materials processed by severe plastic deformation", Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 133, pp. 1-59, 2018.

 

]2[ م. حیدری وینی و س. دانشمند، "بررسی مقاومت به خوردگی کامپوزیت‌های Al-1060/Alumina ساخته‌شده به روش نورد تجمعی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، 10.30495/APME.2021.1929264.2052.

 

[3] I. Topic, H. W. Hoppel & M. Goken, "Friction stir welding of accumulative roll-bonded commercial-purity aluminium AA1050 and aluminium alloy AA6016", Materials Science and Engineering A, vol. 503, no. 1–2, pp. 163-166, 2009.

 

[4] Y. Saito, N. Tsuji, H. Utsunomiya, T. Sakai & R. G. Hong, "Ultra-fine grained bulk aluminum produced by accumulative roll-bonding (ARB) process", Scripta Materialia, vol. 39, pp. 1221-1227, 1998.

 

[5] S. M. Ghalehbandi, M. Malaki & M. Gupta, "Accumulative Roll Bonding—A Review", Apllied Science, vol. 9, no. 17, pp. 3627, 2019.

 

[6] Y. Sun, H. Fujii, Y. Takada, N. Tsuji, K. Nakata & K. Nogi, "Effect of initial grain size on the joint properties of friction stir welded aluminum", Materials Science and Engineering A, vol. 527, no. 1–2, pp. 317-321, 2009.

 

[7] S. Heidarzadeh, R. Mironov, G. Kaibyshev, A. Çam, A. Simar, F. Gerlich, A. Khodabakhshi, D. P. Mostafaei, J. D. Field, A. Robson, A. Deschamps & P. J. Withers, "Friction stir welding/processing of metals and alloys: A comprehensive review on microstructural evolution", vol. 117, 100752, 2021.

 

[8] R. S. Mishra & Z. Y. Ma, "Friction stir welding and processing", Materials Science and Engineering R, vol. 50, pp. 1-78, 2005.

 

]9[ ا. ربیعی زاده، ا. افسری، ف. ارغوانی و ف. احمدی کیسمی، "اتصال همجنس و غیر همجنس آلیاژهای آلومینیوم 5754 و 6063 به روش جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 2، صفحه 95-85، تابستان 1395،

 

[10] M. J. Greitmann & P. Deimel, "Friction stir welding – innovative technology for joining aluminium components", Otto-Graf-Journal, vol. 16, pp. 185-192, 2005.

 

[11] M. Hosseini & H. Danesh Manesh, "Immersed friction stir welding of ultrafine grained accumulative roll-bonded Al alloy" Materials & Design, vol. 31, no. 10, pp. 4786-479, 2010.

 

[12] K. Wang, J. Wu, W.Wang, L. Zhou, Z. Lin, L.Kong, "Underwater friction stir welding of ultrafine grained 2017 aluminum alloy", Journal of Central South University, vol. 19, pp. 2081−2085, 2012.

 

 

 [13] C. Y. Liu, B. Qu, P. Xue, Z. Y. Ma, K. Luo, M. Z. Ma & R. P. Liu, "Fabrication of large-bulk ultrafine grained 6061 aluminum alloy by rolling and low-heat-input friction stir welding", Journal of Materials Science & Technology, vol. 34, no. 1, pp. 112-118, 2018.

 

[14] F. Leoni, L. Sandness, Ø. Grong & F. Berto, "Mechanical behavior of gas metal arc AA6082-T6 weldments", Procedia Structural Integrity, vol. 18, pp. 449-456, 2019.

 

[15] S. Mansourzadeh, M. Hosseini, E. Salahinejad & A. H. Yaghtin, "Cu-(B₄C)_p metal matrix composites processed by accumulative roll-bonding" Progress in Natural Science: Materials International, vol. 26, vo. 6, pp. 613-620, 2016.

 

[16] M. A. Wahid, P. Goel, Z. A. Khan, K. M. Agarwal & E. H. Khan, "Underwater Friction Stir Welding of AA6082-T6: Thermal Analysis", Advances in Engineering Materials, Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore, pp 365-375, 2021.

 

[17] P. Podržaj, B. Jerman & D. Klobčar, "Welding defects at friction stir welding", Metallurgy, vol. 54, no. 2, pp. 387-389, 2015.