جوشکاری همزن اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای زائده ای: خواص مکانیکی و ریز ساختاری آلیاژ آلومینیوم 6061

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 4، دوره 10، شماره 36 - شماره پیاپی 4، تیر 1398، صفحه 51-68   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

امید زارعی¹؛ مصطفی موسوی زاده²؛ فاطمه زرقانی^{* 3}؛ حامد زارعی¹

¹دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

²استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، مجتمع آموزش عالی گناباد، گناباد، ایران

³دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

تاریخ دریافت: 01 اسفند 1397،  تاریخ بازنگری: 12 خرداد 1398،  تاریخ پذیرش: 02 تیر 1398 

چکیده

با کابرد موفقیت آمیز روش جوشکاری همزن اصطکاکی اغتشاشی زائده ای برای آلیاژ آلومینیوم 2024 و فولاد ساده کربنی با ضخامت 1میلی‌متر این پژوهش برای جوشکاری ورق های آلومینیوم 6061 با ضخامت 1 میلی‌متر به کارگرفته شد. اثر زمان نگهداری ابزار(6،4و 9ثانیه) و عمق فروروی ابزار(1/0، 14/0و 18/0 میلی متر) بر خواص مکانیکی و ریزساختاری مورد بحث و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج سطح ظاهری نشان داد که به کارگیری این روش سبب حذف کامل فرورفتگی در سطح نمونه ها شده و سطح جوش پس از فرآیند کاملا صاف است. تصاویر ریزساختاری و نتایج مکانیکی بیانگر این است که ناحیه جوش با ساختار تبلور مجدد دینامیکی دارای سختی و استحکام بالاتری نسبت به فلز پایه است. افزایش در پارامترها سبب افزایش عمق ناحیه همزده شده و نیز طول اتصال می شود که دلیل آن تولید گرمای اصطکاکی و نیز همزدگی بیشتر مواد است. با افزایش زمان نگهداری از 4به 8 در عمق فروروی ثابت 18/0 میلی‌متر عمق ناحیه همزده شده از 750 به 900میکرومتر افزایش می یابد. بیشینه استحکام جوش در این پژوهش برابر با5/4495 نیوتن است. این نمونه به دلیل مود شکست محیطی و اتصال مناسب در فصل مشترک دارای بیشینه نیروی شکست بالایی است. مشاهدات سطح شکست وجود هردو نوع وضعیت شکست در جوشکاری نقطه ای شامل وضعیت فصل مشترکی و محیطی را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

آلیاژآلومینیوم 6061؛ جوشکاری همزن اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای زائده ای؛ میکروساختار؛ خواص مکانیکی

عنوان مقاله [English]

protrusion friction stir spot welding: the microstructure and mechanical properties of Al 6061 alloy

نویسندگان [English]

omid zarei¹؛ mostafa mosavizade²؛ fateme zarghani³؛ hamed zarei¹

¹Department of Materials and Polymer Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran

²Department of Materials Science and Engineering, University of Gonabad,

³Department of Materials and Polymer Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran

چکیده [English]

With the successful application of the protrusion spot friction stir welding technology to 2024 aluminum alloy and low carbon steel plate with a thickness of 1 mm , this technique was expanded to the spot welding of 1 mm thick 6061 aluminum alloy in this study. The effects of the tool dwell time (6, 12, 18 s) and plunging depth (0.1, 0.14 and 0.18 mm) were investigated on the microstructure and mechanical properties of samples. Surface appearance of the welding zone showed that the keyhole was not formed and the appearance of weld was relatively smooth. Microstructure and mechanical results indicated that the welding zone with uniform and refine structure due to dynamic recrystallization presents higher hardness and strength than base metal while can be affected by dwell time. Increasing the plunging depth increases the tensile strength and also decreases the thickness of the upper sheet.Fracture surfaces of the failed specimens present the shear fracture and the interfacial fracture.

کلیدواژه‌ها [English]

Friction stir spot welding.Microstructure, mechanical properties, 6061 AL alloy

مراجع

1- Joaquín M. Piccinia, Hernán G. Svobodab." Effect of the tool penetration depth in Friction  Stir Spot Welding  (FSSW) of dissimilar aluminum alloys" .Procedia Materials Science 8 ( 0).p: 868 – 877. (2015).

 

2-H. Aghajani Derazkola, H. Rahmani, M. Habibnia, M. B. Limoie, The feasibility study on  AA7075 T-joint  via friction stir welding process, Iranian Journal of Manufacturing Engineering, Vol. 3, No. 1, pp. 21-32, (2016).

 

3-N Pathak,K. Bandyopadhyay,M.Sarangi, and Sushanta Kumar Panda Microstructure  and Mechanical Performance of  Friction Stir Spot-Welded Aluminum-5754 Sheets, (2013).

 

4-PhilipB Prangnell ,and Dimitrios Bakavos "Novel Approaches to Friction Spot Welding Thin Aluminium Automotive Sheet" -Materials   Science Forum Vols, (2010).

 

5-Y. Bozkurt and S. Salman, “Effect of welding parameters on lap shear tensile properties   of dissimila         friction stir spot welded AA 5754-H22 / 2024-T3 joints,” vol. 18, no. 4,  (2013).

6-M. Yamamoto, a. Gerlich, T. H. North, and K. Shinozaki,  “Cracking and Local  Melting   in Mg-Alloy and Al-Alloy During Friction Stir Spot Welding,  ” Weld. World, vol. 52, no. 9–10, pp. 38–46, (2008).

 

7- Y. Uematsu a,*, K. Tokaji a, Y. Tozaki b, T. Kurita c, S. Murata. Effect of re-filling probe hole on tensile failure and fatigue behaviour

of friction stir spot welded joints in Al–Mg–Si alloy. International Journal of Fatigue 30 (2008) 1956–1966

 

 

8- S.Venukumar, B. Baby, S. Muthukumaran, and S. V. Kailas, “Microstructural andMechanical Properties of Walking Friction Stir Spot Welded AA 6061-T6 Sheets,” Procedia Mater. Sci., vol.6, no.Icmpc, pp.656–665, 2014.

 

 

 

9-Y. Tozaki, Y. Uematsu, K. Tokaji , A newly developed tool without probe for friction stir  spot welding and

 its performance , Journal of Materials Processing Technology 210, (2010).

 

10- Y. F. Sun, H. Fujii, N. Takaki, and Y. Okitsu, “Novel spot friction stir welding of 6061 and12-  5052 Al  alloys,” vol. 16, no. 7, pp. 605– 612, (2011).

 

11. Adrian Gerlich Æ Peter Su Æ Motomichi Yamamoto Æ. Tom H. North. Effect of welding parameters on the strain rate and microstructure of friction stir spot welded 2024 aluminum alloy. J Mater Sci (2007) 42:5589–5601

 

12. 10- M. Paidar, A. Khodabandeh, H. Najafi, and A. S. Rouh-aghdam, “An investigation on mechanical and metallurgical properties of 2024-T3 aluminum alloy spot friction welds,” Int. J. Adv. Manuf. Technol., vol. 80, no. 1–4, pp. 183–197, 2015.

 

13. S. Venukumar, S. G. Yalagi, S. Muthukumaran and S. V. KailasStatic shear strength and fatigue life of refill friction stir spot welded AA 6061-T6 sheets.

 

14- S. Dourandish, S. M. Mousavizade, H. R. Ezatpour & G. R. Ebrahimi, “Microstructure, mechanical properties and failure behaviour of protrusion friction stir spot welded 2024 aluminium alloy sheets, ( 2017).

 

15- Zarghani, F., et al., High mechanical performance of similar Al joints produced by a  novel  spot friction welding technique. Vacuum, (2018).

 

16- . زرقانی،ف. موسوی زاده،م. ابراهیمی،غ و عزت پور،ح." تاثیر زمان نگهداری و قطر شانه ابزار بر استحکام و رفتار شکست فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای زائدهای آلیاژآلومینیوم2024". مجله مواد نوین/ جلد8 /شماره /4 تابستان1397

 

17- A R Shahrabadi , S M Mousavizade , H R Ezatpour and M Pouranvari Achieving high mechanical performance in protrusion friction stir spot welding (PFSSW) of DQSK steel compared to other techniques

 

18. N. Farmanbar, S.M. Mousavizade, H.R. Ezatpour, Achieving special mechanical properties with considering dwell time of AA5052 sheets welded by a simple novel friction stir spot welding. Marine Structures 65 (2019) 197–214

 

19. N Farmanbar, SM Mousavizade, M Elsa and HR Ezatpour. AA5052 sheets welded by protrusion friction stir spot welding: High mechanical performance with considering sheets thickness at low dwelling time and tool rotation speed.

 

20.Specification for Automotive Weld

Quality—Resistance Spot Welding of

Aluminum. AWS D8.2M:2017 An American National Standard

 

21- Xiao Song & Liming Ke & Li Xing & Fencheng Liu & Chunping Huang Effect of plunge speeds on hook geometries and mechanical properties in friction stir spot 1welding of  A6061-T6 sheets.

 

22- Y. Tozaki, Y. Uematsu, K. Tokaji , A newly developed tool without probe for friction stirspot welding and  its performance , Journal of Materials Processing Technology 210, (2010).

 

23- Z.  Shen, Y.  Chen, J. S. C.  Hou, X. Yang, and A. P. Gerlich, “Influence of processingparameters  on microstructure and mechanical performance of refill friction stir spot welded 7075-T6 aluminium alloy,” Sci. Technol. Weld. Join., vol. 20, no. 1, pp. 48–57, (2014).

 

24- Tran, V.-X., J. Pan, and T. Pan, Effects of processing time on strengths and failure modes  of dissimilar   spot friction welds between aluminum 5754-O and 7075-T6 sheets. Journal of materials processing technology, (2009).

 

25- Ashu Garg, Anirban Bhattacharya," On lap shear strength of friction stir spot welded   AA6061 alloy" Journal  of Manufacturing Processes, (2017).

 

26-Yutaka S. Sato, Mitsunori Urata, And Hiroyuki Kokawa Parameters Controlling  Microstructure And  

 Hardness During Friction-Stir Welding Of Precipitation-Hardenable Aluminum Alloy 6063, (2002).

 

27-R.S. Florea ,K.N. Solanki  Resistance spot welding of 6061-T6 aluminum: Failure loads and     deformation. Materials and Design, (2011).

 

28- J. L. Searles, P. I. Gouma, and R. G. Buchheit, "Stress Corrosion Cracking of Sensitized  AA5083   (Al-4.5Mg-1.0Mn)", Metallurgical and Materials Transaction A, vol. 32 (11), pp. 2859-2867, (2001).

 

29- R. G. Buchheit, "A Compilation of Corrosion Potentials Reported for Intermetallic Phases      in Aluminium Alloys", Journal of the Electrochemical Society, 142 (11), pp. 3994-3996, (1995).

 

30- J. F. Guo , H. C. Chen, C. N. Sun, G. Bi, Z. Sun, J. Wei, Friction stir welding of dissimilar2material   between AA6061 and AA7075 Al alloys effects of process parameters, Materials and Design, Vol. 56, pp. 185-192, (2014).

 

31- Olea, C., et al., A sub-structural analysis of friction stir welded joints in an AA6056  Al-alloy in T4  and T6 temper conditions. Materials Science and Engineering: A, 9, (2007).

 

32- R. S. Mishra & Z. Y. Ma, “Friction stir welding and processing”, Materials Science and  Engineering,     Vol. 50R, pp. 1-78, (2005).

 

33- D.A. Wang a,∗, S.-C. Lee b, Microstructures and failure mechanisms of friction stir 2spotwelds of aluminum 6061-T6 sheets

 

34- S. T. Amancio-Filho, S. Sheikhi, J. F. dos Santos, C.Bolfarini, Preliminary study on themicrostructure and mechanical properties of dissimilar friction stir welds in aircraft aluminum alloys 2024-T351 and 6056-T4, materials processing technology,( 2007).

 

35- Y. Tozaki, Y. Uematsu, and K. Tokaji, “Effect of tool geometry on microstructure and  static strength in friction stir spot welded aluminium alloys,” Int. J. Mach. Tools Manuf., vol. 47, no. 15, pp. 2230–2236, (2007).

 

36- H. Lee and M. Lee, Process optimisation and microstructural evolution of friction stir spot-welded   Al6061 joints, (2016).

 

37- Choi, D.-H., et al., Effect of pin shapes on joint characteristics of friction stir spot welded AA5J32 sheet. Materials transactions, (2010).

 

38- W.Yuan , R. Mishra. Effect of tool design and process parameters on properties of Al  alloy 6016 friction stir spot welds. (2011).