خرید بک لینک

درباره سایت

آخرین مطالب

امکانات وب

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی Friction Stir Welding ،FSW

جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي»، يک روش جديد حالت جامد جوشکاري است. اين روش، بازدهي انرژي بالا و سازگاري خوبی با محيط زيست دارد. همچنین، در صنايع هوافضا و ساير صنايع حساس، ميxadتواند براي اتصال آلياژهاي پايهی آلومينيوم استحکام بالا که با روشهاي معمولي، بهراحتي جوشکاري نميxadشوند، بهکار رود. در دههxadی گذشته، جوشکاریِ اصطکاکي اغتشاشي، بيشترين توسعه را در اتصالات داشته است. فرآيند اصطکاکي اغتشاشي، براي ايجاد تغييرات ميکروساختاري در مواد نیز، بهکار ميxadرود.
http://s8.picofile.com/file/8309122034/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C_%D8%A7%D8%B5%D8%B7%DA%A9%D8%A7%DA%A9%DB%8C_%D9%88_%D8%A7%D8%BA%D8%AA%D8%B4%D8%A7%D8%B4%DB%8C_1_.jpg


روش جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، اولين بار، در مؤسسهxadي جوشکاري بريتانيا، بهعنوان روش اتصال حالت جامد، ابداع شد و براي جوشکاري آلياژهاي آلومينيوم، بهکار گرفتهشد.
اساس کار جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، بسيار ساده است. همانطور که در «شکل 1» میتوان دید، يک ابزار غيرمصرفي چرخان، با يک پين با طراحي مشخص و يک شانه، به لبهxadهاي مجاور صفحات متصلشونده وارد ميxadشود و در امتداد خط اتصال، پيشروي ميxadکند.

http://s9.picofile.com/file/8309122126/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C_%D8%A7%D8%B5%D8%B7%DA%A9%D8%A7%DA%A9%DB%8C_%D9%88_%D8%A7%D8%BA%D8%AA%D8%B4%D8%A7%D8%B4%DB%8C_4_.jpgشکل 1: تصوير شماتيک جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي

جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، نسبت به ساير روشxadهاي جوشکاري، انرژي کمتري مصرف ميxadکند؛ به گاز محافظ و فلاکس نيازي ندارد و سازگار با محيط زيست است. همچنين، نیازی به فلز پرکننده ندارد. لذا، هر آلياژ آلومينيوم را ميxadتوان بدون نگراني از بههمخوردن ترکيب شيميايي آن، جوشکاري کرد. حتي ميتوان آلياژهايی با ترکيب متفاوت را نيز، جوشکاري نمود. علاوه بر این، اين روش جوشکاری، براي وضعيتxadهاي مختلف جوشکاري، نظير جوش لببهلب، Tشکل و فيلت، قابل کاربرد است.

پارامترهاي جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي
فرآيند جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، همراه با جابهجايي پيچيده و تغييرشکل پلاستيک است. «پارامترهاي جوشکاري»، «هندسهxadي ابزار» و «طراحي اتصال»، بر الگوي سيلان ماده و توزيع دما مؤثر هستند. همچنين، تغيير شکل ريزساختاري ماده نيز، تابع اين عوامل است.

  • هندسهي ابزار: هندسهxadي ابزار، مهمترين عامل تأثيرگذار روي این فرآيند است و مهمترين نقش را در سيلان ماده بازي ميxadکند. يک ابزار جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، دو قسمت دارد: «پين» و «شانه». همچنين، ابزار، دو عملکرد دارد: «ايجاد گرماي موضعي» و «سيلان ماده».
    در وهلهxadي اول و در ابتداي تماس پين با ماده، در اثر اصطکاک، گرما ايجاد ميxadشود. مقداري از گرما نيز، در اثر تغيير شکل پلاستيک ماده بهوجود میآید. پين تا جايي که شانه روي سطح قطعهکار بنشيند، فرو ميرود. اصطکاک بين شانه و قطعهکار در اين مرحله، قسمت اعظم گرماي فرآيند را توليد ميxadکند. از جنبهxadي توليد گرما، نسبت اندازهي پين و شانه نیز مهم است؛ اما، ساير پارامترهاي طراحي، تأثير چنداني روي گرماي توليدي ندارند. شانه همچنين، محدودهxadي گرمشدن قطعه را نيز، تعيين میکند.
    عملکرد دوم ابزار، گرداندن و حرکت ماده است. شکلxadگيري ريزساختار و خواص حاصل، بستگي به هندسهxadي ابزار دارد. معمولاً، از شانهxadي مقعر و پين استوانهxadاي رزوهدار استفاده ميxadشود.
    «شکل 2»، دو نمونه از ابزار جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي را نشان ميxadدهد. در ابزار مارپيچي، حجم جابهجاشوندهxadي ماده، تا 60% و در ابزار سهشياري، تا 70% کاهش ميxadيابد. مزيت اين نوع طراحيها، کاهش    نيروي اصطکاکي، امکان سيلان قسمتي از ماده که تغيير شکل پلاستيک داده، تسهيل حرکت فروروندهxadي ابزار و افزايش فصل مشترک بين پين و مادهي تغييرشکلپلاستيکداده، همxadزمان با توليد گرماي بيشتر ميxadباشد.
    عامل اصلي برتري اين نوع پينها نسبت به پينهاي ساده، نسبت حجم پيچيدهشده هنگام چرخش به حجم خود پين است؛ يعني، نسبت حجم ديناميک به استاتيک که براي ايجاد يک مسير مناسب براي سيلان ماده، حائز اهميت است    .
    با درنظرگرفتن تأثير مهم هندسهxadي ابزار روي سيلان فلز، ريزساختار حاصل که رابطهxadي مستقيمي با نحوهxadي سيلان دارد، براي هر ابزار، متفاوت خواهدبود. از «شبيهسازي»، براي بررسي نحوهxadي سيلان و محاسبهي نيروي محوري و در نتيجه طراحي ابزار مناسب، استفاده ميxadشود.
http://s9.picofile.com/file/8309122100/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C_%D8%A7%D8%B5%D8%B7%DA%A9%D8%A7%DA%A9%DB%8C_%D9%88_%D8%A7%D8%BA%D8%AA%D8%B4%D8%A7%D8%B4%DB%8C_3_.jpg

شکل 2: تصوير نمادین پينی در جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي که از نظر هندسی، بهينهسازي شدهاست.

  • متغیرهای فرآیند: براي جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، دو پارامتر، بسيار مهماند: «نرخ چرخش ابزار» (W, rpm) در جهت ساعتگرد يا پادساعتگرد و «سرعت پيشروي ابزار» (V, mm/min) در طول خط اتصال.
    چرخش ابزار، باعث همخوردن و اختلاط ماده حول پين چرخان شده و پيشروي ابزار، مادهxadي همخورده را از جلو به عقب پين منتقل ميxadکند و در نهايت، فرآيند جوشکاري خاتمه مييابد. نرخ چرخش بالاتر، باعث ايجاد گرماي بيشتر، بهدليل اصطکاک بيشتر و در نتيجه، همخوردن و اختلاط بيشتر ماده خواهد شد.
    علاوه بر     W و V، پارامتر مهم ديگر، «زاويهxadي محور» يا «کجي ابزار نسبت به سطح قطعهکار» است. کجي مناسب محور در امتداد جهت پيشروي، اين اطمينان را ميxadدهد که شانهي ابزار، مادهي همخورده با پين رزوهدار را بهطور مناسبي از جلو به عقب حرکت ميدهد. همچنين، «عمق فروروندگی پين در قطعهکار»، براي ايجاد جوش مناسب، مهم است. عمق فروروندگی پين، بستگي به «ارتفاع پين» دارد. وقتي که اين عمق کم باشد، شانهxadي ابزار، با قطعهکار تماس پيدا نميکند. بنابراين، شانهxadي چرخان، نميتواند مادهxadي همخورده را حرکتدهد. وقتي که اين عمق زياد باشد، باعث ايجاد تشعشع زياد جوش ميxadشود و «جوش مقعر» ايجاد ميxadشود که باعث نازکي موضعي ورق جوش ميxadگردد.
  • طراحي اتصال: رايجxadترين شکلهای طراحي جوش براي جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، اتصالات «لببهلب» (Butt Joint) و «روي هم» (Lap Joint) هستند. انواع اين اتصالات در شکل 3 نشان داده شدهxad اند.
    در شکل 3-     ،a دو ورق با ضخامت يکسان، روي يک صفحهxadي پشتيبان قرار گرفتهxadاند. در فرورفتن اوليهxadي ابزار، نيروها بسيار بزرگ هستند و مراقبت زيادي براي اطمينان از عدم جدايش دو طرف جوش، بايد صورتگيرد. ابزار چرخان در خط اتصال فرو ميxadرود و طول خط را ميxadپيمايد و همxadزمان، شانهxadي ابزار، در تماس کامل با سطح صفحات است که باعث ايجاد خط جوش ميxadشود. از طرفي ديگر، براي اتصال رويهم ساده، يک ابزار چرخان، بهطور عمودي روي صفحهxadي بالايي و پاييني فرو ميxadرود و در جهت مورد نظر، در خط طولي پيشروي ميxadکند و دو صفحه را جوش ميxadدهد.
http://s8.picofile.com/file/8309122076/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C_%D8%A7%D8%B5%D8%B7%DA%A9%D8%A7%DA%A9%DB%8C_%D9%88_%D8%A7%D8%BA%D8%AA%D8%B4%D8%A7%D8%B4%DB%8C_2_.jpg

شکل 3: اتصالات مختلف براي جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي
a) لببهلب مربعي b) لببهلب کناري c) لببهلب Tشکل d) رويهم
e) رويهم چندگانه f) رويهم Tشکل g) اتصال فيلت

تنشهاي پسماند
تنشهاي پسماند، تنشxadهايي هستند که در اثر کرنشهاي غير يکنواخت مکانيکي و حرارتي، همxadزمان با سيلان پلاستيک يک ماده، بهوجود ميxadآيند و پس از برداشتهشدن مهار خارجي، در آن باقي ميxadمانند.
طي يک فرآيند جوشکاري، تغييرات دما، باعث ايجاد تنشxadهاي حرارتي ناپايدار و کرنشxadهاي الاستيک غيريکسان و پراکنده در جوش و ناحيهxadي نزديک به آن ميxadشود که اين امر، باعث ايجاد اعوجاج (Distortion) و تنشxadهاي پسماند ميxadشود. اين تنشxadها بهطور طبيعي، الاستيک هستند و در يک جسم بدون اعمال نيروي خارجي در حالت تعادل، وجود دارند؛ يعني برآيند نيروهاي داخلي در هر نقطه از ماده، صفر خواهد بود.
عوامل مؤثر بر تنشxadهاي پسماند نیز، عبارتند از: 1- ويژگيxadهاي ماده 2- نوع فرآيندهاي جوشکاري 3-تعداد پاسxadهاي جوشکاري.

مزاياي جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي

  • مزاياي متالورژيکي
    - فرآيند حالت جامد
    - اعوجاج کم قطعهکار
    - پايداري ابعادي مناسب
    - از دستنرفتن عناصر آلياژي
    - خواص متالورژيکي بسيار خوب در اطراف اتصال
    - ريزساختار مناسب
    - عدم وجود ترک
    - جايگزيني اتصالxadهاي چندگانه با بستxadها.
  • مزاياي زيستمحيطي
    - عدم نياز به گاز محافظ
    - عدم نياز به تميزکاري سطحي
    - حذف تلفات سايشي
    - حذف حلالxadها
    - حفظ مواد مصرفي مثل سيم، گاز و غيره.
  • مزاياي انرژي
    - امکان استفاده از مواد بهتر که باعث کاهش وزن ميxadشود
    - فقط 5/2 درصد انرژي مورد نياز يک جوش ليزر را نياز دارد
    - در کاربردهاي کشتيسازي و هواپيماسازي، سوخت کمتري مصرف ميxadشود.

برچسبها: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی Friction Stir Welding, FSW
+ نوشته شده در بیست و سوم مهر ۱۳۹۶ساعت توسط مجید غفوری

برچسب: جوشکاری,اصطکاکی,اغتشاشی, نویسنده: حسین زارعی تاريخ: يکشنبه 30 مهر 1396 ساعت: 6:49

صفحه بندی

آرشیو مطالب

پيوندهای روزانه

لینک دوستان

خبرنامه