تأثیر پارامترهای فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی بر خواص مکانیکی و متالورژیکی اتصال لبه روی هم آلیاژ آلومینیوم 5456

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 11، دوره 10، شماره 36 - شماره پیاپی 4، تیر 1398، صفحه 141-156   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

منصور مردعلی زاده^{* 1}؛ محمد علی صفرخانیان²؛ محمد رضا سلیمانی یزدی³

¹دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ساخت، تهران

²استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ساخت، تهران

³دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه امام حسین(ع)، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران

تاریخ دریافت: 18 شهریور 1394،  تاریخ بازنگری: 06 بهمن 1394،  تاریخ پذیرش: 02 تیر 1398 

چکیده

فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی، یک فرایند اتصال حالت جامد می باشد که در سال 1991 توسط موسسه TWI برای اتصال آلیاژهای الومینیوم توسعه داده شد. در این پژوهش بر پایه آزمایش‌های تجربی، فرایند اتصال دهی ورقهای آلیاژی آلومینیوم 5456 در حالت لبه روی هم، به گونه‌ای که ورق کار سرد شده H321 با ضخامت 5 میلیمتر بر روی ورق آنیل با ضخامت 5/2 میلیمتر قرار می‌گیرد، صورت پذیرفت و تأثیر همزمان پارامترهای سرعت دورانی و سرعت پیشروی ابزار بر خواص مکانیکی و متالورژیکی در فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی مورد تحقیق قرار گرفت. نتایج بررسی‌ها نشان داد که افزایش سرعت دورانی و کاهش سرعت پیشروی ابزار (افزایش گام جوشکاری)، سبب افزایش حرارت ورودی، افزایش سیلان عمودی مواد، افزایش ارتفاع هوک و کاهش ضخامت مؤثر ورق شده و باعث می‌شود شکست از منطقه ترمومکانیکال جایی که بیشترین حرارت ورودی به آنجا وارد می‌شود اتفاق بیفتد و افزایش سرعت پیشروی باعث کاهش میزان اختلاط مواد و کاهش ارتفاع هوک شده و سبب شکست فصل مشترکی می‌شود. با برسی دقیق تر نتایج مشاهده گردید که به علت متفاوت بودن ضخامت ورق‌ها، وجود عیب هوک و ارتفاع و جهت گیری مناسب آن در این طرح اتصال مفید بوده و باعث افزایش استحکام شده و در تست کشش سبب شکست از فلز پایه در ورق 5/2 میلیمتر گردید.

کلیدواژه‌ها

جوشکاری اصطکاکی اختلاطی؛ آلیاژ آلومینیوم 5456؛ اتصال لبه روی هم؛ خواص مکانیکی

عنوان مقاله [English]

Influence of Friction Stir Welding Parameters on Mechanical and Metallurgical Properties in Lap Joints of 5456Aluminum Alloy

نویسندگان [English]

m m¹؛ m s²؛ m s³

¹دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ساخت، تهران

²استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ساخت، تهران

³دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه امام حسین(ع)، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران

چکیده [English]

The research is based on experimental tests, lap joint welding of 5456 aluminum alloy was carried, so that the hard working H321 sheet with the thickness of 5 mm was placed on an annealed sheet with the thickness of 2.5 mm and has been investigating the simultaneous effects of parameters such as rotation speed and welding speed on metallurgical and mechanical properties in friction stir welding process. The results showed that increasing of rotation speed and reducing of welding speed (increase of welding step) causes increased heat input, increase vertical flux, increase hook height and reduction in effective Sheet thickness and it is causing the failure from the thermomechanical zone where the maximum heat input applied also, increasing of welding speed causes reduction in the material mixing and hook height and it causes an interface failure. It was observed with an examination of the results due to the differences in thickness of the sheets, existence of hook defect and its appropriate height and orientation is useful in this joint and causes an increase in strength and failure was in the base metal of the sheet with a thickness 2.5 mm in a tensile test.

کلیدواژه‌ها [English]

Friction Stir Welding, 5456 Aluminum Alloy, Lap Joint, mechanical properties

مراجع

References:

[1]               W.M. Thomas, E.D. Nicholas, J.C. Needham, M.G. Murch, P. Templesmith, C.J. Dawes, Patent Application, No. 9125978.8, 1991.

[2]               H. Lombard, D.G. Hattingh, A. Steuwer, M.N. James, Optimising FSW process parameters to minimize defects and maximize fatigue life in 5083-H321 aluminium alloy, Engineering Fracture Mechanics 75 ,pp. 341-354, 2008.

[3]               R.S. Mishraa, Z.Y. Mab, Friction stir welding and processing, Materials Science and Engineering, Vol. 50, pp. 1–78, 2005.          

[4]               Mats Ericsson, Lai-Zhe Jin, Rolf Sandstrom, Fatigue properties of friction stir overlap welds, International Journal of Fatigue, pp. 57-69, 2007.  

[5]               D. Fersini, A.Pirondi, Fatigue behavior of Al2024-T3 fricyion stirs welded lap joints, Engineering Facture Machanics, 2006.

 

 

[6]               L. Dubourg, A. Merati, M. Jahazi, Process optimization and mechanical properties of friction stir lap welds of 7075-T6 stringers on 2024-T3 skin,
Materials and Design, pp. 3324-3330, 2010.

[7]               X. Cao, M. Jahazi, Effect of tool rotational speed and probe length on lap joint quality of a friction stir welded magnesium alloy, Materials and Design, pp. 32, 1-11, 2011.           

[8]               American Welding Society Committee D17.3, Specification for Friction Stir Welding of Aluminum Alloys for Aerospace Hardware, American Welding Society (AWS), Miami, Edition.1, No. 17.3, 2010.  

[9]               M. Kathleen, et. al., Metals Handbook: Metallography and Microstructure, American Society for Metals (ASM), Vol.9, Ninth edition, pp. 352-354, 1985.     

[10]           M. Ericsson, L.Z. Jin, R. Sandstrom, Fatigue properties of friction stir overlap welds, International Journal of Fatigue, pp. 57-69, 2007.       

[11]           G. Buffa, G. Campanile, L. Fratini, Friction stir welding of lap joints: Influence of process parameters on the metallurgical and mechanical properties, Materials Science and Engineering a 519, pp. 19–26, 2009.        

[12]           H.B. Chen, K. Yan, T. Lin, S.B. Chen, C.Y. Jiang, The investigation of typical welding defects for 5456 aluminum alloy friction stirs welds, Materials Science and Engineering A, pp.64-69, 2006.           

[13]           Y.C. Chen, K. Nakata, Friction stir lap joining aluminum and magnesium alloys, Scripta Matrialia 68,pp. 433-436, 2008.

[14]    م. عزیزیه، ع. صادقی،ا.ح. کوکبی،" بررسی ریزساختار و ویژگی‌های مکانیک اتصال اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 1100 به ZA31"، مجله مواد نوین، دوره 2، شماره 6، ص. 1 تا 12، زمستان 1390.