بررسي عددي وتجربي تاثير سرعت ابزار بر رشد ترك خستگي در اتصالات جوش كاري اصطكاكي اغتشاشي آلياژ آلومينيوم 2024-T351

Numerical and experimental investigation of welding speed effect on fatigue crack growth in friction stir welded 2024T351 aluminum alloy

فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي بر روي ورق هاي آلياژ آلومينيوم 2024-T351 در سرعت هاي دوراني 400، 630 و 800 دور بر دقيقه و سرعت هاي پيشروي 8، 16 و 25 ميلي متر بر دقيقه انجام شده است. پس از آن با استفاده از روش تست استاندارد ASTM-E647 نرخ رشد ترك خستگي در نمونه هاي CT مورد بررسي قرار گرفته است. پس از مدل سازي فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي، رشد ترك خستگي بر مبناي روش XFEM، در نمونه ها شبيه سازي شده است. در اين تحليل جهت بررسي آسيب در نمونه، از معيار آسيب تنش بيشينه استفاده شده است و معيار شكست بيشترين تنش اصلي در المان است. مقايسه نتايج تجربي و عددي رشد ترك خستگي نشان دهنده قابل اعتماد بودن روش شبيه سازي ميباشد. بررسي تجربي و عددي تاثير سرعت جوشكاري بر نرخ رشد ترك خستگي در نمونه ها نشان ميدهد، نرخ رشد ترك در تمامي نمونه هاي جوشكاري به ازاي مقادير پايين تغييرات ضريب شدت تنش (K≤13 Mpa∆) كمتر از فلز پايه بوده و با افزايش تغييرات ضريب شدت تنش نرخ رشد ترك بسيار افزايش مي يابد. همچنين نتايج نشان ميدهند، نمونه هاي جوشكاري شده با سرعتهاي پايينتر خواص خستگي بهتري نسبت به فلز پايه دارند و افزايش سرعت دوراني و پيشروي ابزار نرخ رشد ترك خستگي را در نمونه ها افزايش ميدهد

Friction stir welded butt joints were performed on sheets made of AA2024T351 aluminum alloy at tool rotational speeds of 400, 630, 800 rpm and traverse speeds of 8, 16, 25 mm/min. The fatigue crack propagation rate was investigated according to standard ASTME647 in CT specimens. FE simulation of FSW process was implemented for different welding conditions and next the fatigue crack propagation was simulated using XFEM method. In this analysis, to assess the damage in the joints, maximum stress criterion is used. The maximum principal stress in element was the fracture criterion. Numerical results are in good agreement with the experiments so the simulation is reliable. The obtained results show that the tool rotational and traverse speed affect the fatigues crack growth rate. For all welded specimens crack propagation rate was slower than that of the base metal for low values of ∆K (∆K≤13 Mpa) but is much faster at high values of ∆K. Furthermore fatigue properties of specimens that welded with lower speeds are better than base metal and increase in rotational or traverse speeds of the tool will increase the crack propagation rate of the welded specimens.