بررسي عددي و پيش‌ بيني اندازه دانه‌ها در مناطق مختلف جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي آلياژ آلومينيومي 6061

Numerical investigation and prediction of grain size in different friction stir welding areas of AA6061 aluminum alloy

جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي يك تكنيك اتصال حالت جامد مي‌باشد كه بر اساس دو عامل فشار بزرگ‌تر از تسليم و تغيير شكل‌هاي بزرگ پلاستيك اتصال نهايي بين قطعات در هندسه‌هاي جوش متفاوت صورت مي‌پذيرد. اندازه دانه‌هادر مناطق جوش مبتني بر سه رويداد ريكاوري، تبلور مجدد و رشد دانه‌ها مي‌باشد كه بر اساس ميزان پيشرفت هر كدام از اين مراحل، اندازه ذرات نهايي حاصل مي‌گردد. در پژوهش حاضر با استفاده از روشي تحليلي-عددي بر پايه شبيه‌سازي عددي فرايند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي آلياژ آلومينيم 6061 اندازه ذرات نهايي در نواحي مختلف جوش پيش‌بيني شده است. شبيه‌سازي اجزاء محدود فرايند به واسطه نرم‌افزار آباكوس و با رويكرد كوپل اويلر لاگرانژي صورت پذيرفت. به منظور صحه‌سنجي، نتايج حاصل از مدل نوين با نتايج تجربي مورد مقايسه قرار گرفت، نتايج در مطابقت مناسبي با نتايج تجربي قرار داشت. با توجه به تمركز حرارت و جريان پلاستيك در منطقه مركزي جوش، منطقه اغتشاش بيشترين تغييرات ريزساختاري را داشت و ميزان اندازه دانه‌ها در اين ناحيه دچار كاهش شديدتري نسبت به ساير مناطق مختلف جوش گرديد. بررسي تفاوت اندازه دانه‌ها در دو ناحيه پيش‌رو و پس‌رو نيز مورد مطالعه قرار گرفت و تفاوت مشهودي در اندازه ذرات در اين دو ناحيه مشاهده شد.

Friction stir welding is a solid-state bonding technique based on two factors, a pressure greater than the material yield stress and large plastic deformation. The final joint between parts takes place in different welding geometries by using these two factors. The grain sizes in the weld areas are influenced by recovery, recrystallization, and grain growth. In the current research, using an analytical-numerical method based on finite element simulation of friction stir welding of AA6061-T6 alloy, the grain sizes in various welded areas have been predicted. The finite element simulation has been performed based on the coupled Eulerian-Lagrangian approach using ABAQUS software and the results have been verified by experiments. The predicted results were in good agreement with the experimental results. Due to the concentration of heat and plastic flow in the central region of the weld, the stirring region had the most microstructural changes and the grain size in this region decreased more sharply than other different areas of the weld. As the rotational welding speed increases, recrystallization phenomena in the central weld area increases. With increasing the translational welding speed, grain size increased in different welding areas. This increase occurred more severely in the central area of the welded joint.