بررسي تجربي اثر ارتعاش آلتراسونيك بر خواص مكانيكي ورق‌هاي ABS جوش داده شده با فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي

Experimental study on effects of ultrasonic vibration on tensile strength and hardness of friction stir welded ABS sheets

مقدارهاي استحكام كششي و سختي منطقه‌هاي مختلف اتصال جوش شده از اهميت بالايي برخودار است. در اين پژوهش از يك روش تركيبي شامل فرآيندهاي جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي و جوشكاري آلتراسونيك براي اتصال لب به لب ورق‌هاي پلاستيكي از نوع ABS استفاده شده است. بدين منظور ارتعاشات آلتراسونيك عرضي به ابزار در حال چرخش جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي اعمال مي گردد و سپس اثر متغيرهايي مانند ارتعاشات آلتراسونيك، سرعت چرخش ابزار، سرعت پيشروي و قطر شانه ابزار بر استحكام كششي و سختي نمونه‌هاي جوش داده شده مورد بررسي قرار مي گيرد. با توجه به تعداد پارامترها و سطوح مربوط به هريك، از روش طراحي آزمايش تاگوچي براي انجام آزمايشات استفاده شده و آرايه L18 انتخاب گرديد. همچنين اثر پارامترها، به صورت اثر مستقل و متقابل مورد بحث و بررسي قرار گرفت. نتايج به‌دست آمده نشان داد كه اعمال ارتعاشات آلتراسونيك بطور قابل توجهي استحكام كششي و سختي خط جوش را بهبود مي بخشد. پس از ارتعاشات آلتراسونيك، سرعت چرخش ابزار، قطر شانه ابزار و سرعت پيشروي به ترتيب تاثيرگذارترين پارامترها بر استحكام كششي و سختي بودند. پس از بررسي اثر پارامترها بر خواص مكانيكي، از روش گري براي بهينه‌سازي و يافتن بهترين تركيب پارامترها جهت دستيابي به بيشترين استحكام كششي و سختي استفاده شد. نتايج به‌دست آمده از بهينه سازي نشان داد كه جوشكاري با اعمال ارتعاش آلتراسونيك، سرعت چرخشي 1200 دور بر دقيقه، سرعت پيشروي 60 ميلي متر بر دقيقه و قطر شانه ابزار 22 ميلي‌متر سبب رسيدن به بيشترين سختي و استحكام كششي اتصال بطور همزمان خواهد شد.

Values of tensile strength and hardness of different welding joint area has great importance. In this study a combination of welding processes including Friction Stir Welding (FSW) and ultrasonic welding has been used in butt joint for ABS type plastic sheets. Ultrasonic vibrations are put on FSW rotary tool, then some parameter effects such as tool rotary speed, travel speed and tool shoulder diameter on tensile strength and hardness of welded samples have been studied. Taking parameter numbers and related levels for each into consideration, Taguchi method L18 array has been selected for performing experiments. Parameter effects has been studied separately. Results showed that ultrasonic vibration improves tensile strength and hardness of welded joint. After ultrasonic vibration, tool rotary speed, tool shoulder diameter and travel speed were the most effective parameters on tensile strength and hardness of joint respectively. Results from optimization with analysis method showed that ultrasonic vibration resulted in rotary speed of 1200 RPM, travel speed of 60 mm/min and tool shoulder diameter of 22 mm causes the highest hardness and tensile strength of joint simultaneously.