بررسي تجربي عيوب جوش در اتصال كنار هم آلياژ آلومينيوم با روش جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي: بررسي هندسه پين ابزار و پارامترهاي فرايندي

Experimental Investigation of Welding Defects in Butt Joining of Aluminum Alloy by Friction Stir Welding: Effects of Tool Pin Profile and Process Parameters

در اين مقاله به بررسي خواص ريزساختاري، مكانيكي و همچنين عيوب موجود در اتصال ورقه‌هاي آلومينيومي به كمك روش جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي پرداخته شده است. ابتدا خواص ريزساختاري ناحيه جوشكاري اصطكاكي بررسي شد و سپس تأثير پارامترهاي فرايند بر خواص ريزساختاري مورد بحث قرار گرفت. نتايج نشان داد اندازه دانه در ناحيه اغتشاشي نسبت به فلز پايه، بسيار بهبود يافته است. سپس تأثير پارامترهاي ورودي فرايند بر اندازه ذرات بررسي شد. عيوب جوش كه يكي از مهم‌ترين دلايل شكست اتصالات مي‌باشد بررسي شد و تأثير هندسه پين ابزار و پارامترهاي فرايند بر ايجاد عيوب در ناحيه جوشكاري مورد بحث قرار گرفت. نتايج نشان داد ابزار رزوه‌دار در سرعت پيش‌روي بالاتري قابليت توليد جوش بي‌عيب را دارد و به ترتيب ابزار‌هاي مربعي، مثلثي مخروطي و مثلثي در مراتب بعدي قرار مي‌گيرند؛ به‌طوري‌كه در سرعت دوراني 500 دور در دقيقه مي‌توان با ابزار رزوه‌دار حتي در سرعت پيشروي 500 ميلي‌متر در دقيقه نيز اتصال بي‌عيب توليد كرد درحالي‌كه اين مقدار براي ابزار مربعي و مثلثي به‌ترتيب 400 و 315 ميلي‌متر در دقيقه است. در انتها سختي ناحيه جوشكاري‌شده در نمونه‌هاي مختلف بررسي شد. سختي فلز جوش به دليل آنيل شدن و حذف كار سختي انجام‌شده روي ماده پايه (ناشي از فرايند نورد اوليه) پايين‌تر از ماده پايه است و با افزايش نسبت سرعت دوراني به سرعت پيش‌روي ابزار، سختي كاهش مي‌يابد.

In this paper, the microstructural and mechanical properties as well as the defects in the joining of aluminum sheets using the friction welding method are investigated. First, the microstructural properties of the friction stir welding zone are investigated, and then the effect of process parameters on the microstructural properties is discussed. The grain size in the stir zone was greatly improved compared to the base metal, which resulted in the improvement of the mechanical properties in this zone. Then, the effect of process parameters on the grain size was investigated. Welding defects, which is one of the most important reasons for joint failure, were investigated and the effect of tool pin profile and process parameters on the formation of defects in the welding area were discussed. For instance, by using the rotational speed of 500 rpm, a defect-free joint can be produced by the threaded pin even in the traverse speed of 500 mm/min, while the amount for the square and triangular pin profiles were 400 and 315 mm/min, respectively. Finally, the hardness of the welded area was studied in different samples. The hardness of the weld metal was lower than that of the base material due to the annealing of hardness which was generated as a result of primary rolling process. The hardness decreased by increasing the ratio of rotational speed to tool traverse speed.