طراحي و ساخت ترانسديوسر و ابزار التراسونيك در فرايند جوشكاري اغتشاشي اصطكاكي

Manufacturing a Single Ultrasonic Tool Set of Vibrational friction stir welding in Bending and Axial Modes

جوشكاري اغتشاشي اصطكاكي در زمره روش هاي اتصال دائم است كه به دليل ماهيت ترمومكانيكال اتصال مواد در حالت نيمه جامد و نيروهاي جوشكاري بالا، نيازمند ابزار، گيره بندي و ماشين ابزار بسيار مستحكم است. راهكار تركيب اين فرايند با ارتعاش التراسونيك، كاهش نيروهاي جوشكاري و بهبود كيفيت اتصال را به همراه دارد. در اين تحقيق، ايده نحوه مقايسه اعمال دو نوع ارتعاش التراسونيك محوري و خمشي بر فرايند جوشكاري اغتشاشي اصطكاكي، منجر به ساخت مجموعه ابزار جوشكاري اغتشاشي اصطكاكي و ترانسديوسر التراسونيك منحصربه فردي گرديد. در واقع يكي از اهداف اين پژوهش طراحي يگانه ابزاري است كه قابليت ارتعاش در دو مود محوري و خمشي در دو فركانس مختلف را دارا باشد. همچنين اثرات تغيير جرم و اينرسي مجموعه ابزار بر جوش به دليل استفاده از مجموعه ابزارهاي جداگانه براي هر مود فركانسي، حذف گردد. در نهايت، مدل نهايي آناليز مودال شده ساخته شد و تحت اندازه گيري تجربي دامنه ارتعاشات در فركانس رزونانس دو مود محوري و خمشي قرار گرفت و تأثير دامنه ارتعاشات در اين دو مود به صورت آزمايشگاهي بررسي شد. برتري استفاده از ارتعاش خمشي نسبت به ارتعاش محوري در جهت حصول جوش با كيفيت بالاتر را مي توان يكي از نتايج اين مطالعه برشمرد. همچنين دو برابر شدن دامنه ارتعاشات از 8 به 16 ميكرومتر براي جوشكاري ارتعاشي در مود خمشي، تقويت استحكام اتصال را به همراه داشت.

Friction stir welding has been categorized amongst permanent joining methods. Since its thermomechanical nature, solid-state joining and high welding loads, Friction stir welding process needs sturdy tools, fixture, and machine tool. Combination of this process along with ultrasonic vibrations decreases welding loads and improves the weld quality. In this study, the idea of comparing superimposed axial and bending ultrasonic vibrational modes on friction stir welding process led to producing a unique set of friction stir welding tool along with an ultrasonic transducer. In fact, one of the aims of this study concerns designing a single ultrasonic assisted friction stir welding tool set which will be able to vibrate in both axial and bending modes separately in different frequencies. In addition, the impressive effects of mass and inertia variations on the weld, due to the usage of the distinct tool set for each modal frequency, will be removed. The final modal analyzed model was manufactured and the amplitude of vibrations in both mentioned modes was measured experimentally. Results indicated that the use of bending vibrations leads to the formation of joints with much more quality than implementing the axial vibrations. Furthermore, doubled amplitudes from 8 μm to 16 μm in bending mode, unlike axial mode, improved the weld ultimate tensile strength.