مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی اثر سرعت ابزار بر سختی و تنش پسماند در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 با روش تجربی و شبیه‌سازی عددی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری / دانشگاه فردوسی مشهد
2 دانشیار دانشگاه فردوسی مشهد
3 دانشجوی کارشناسی ارشد / دانشگاه فردوسی مشهد
4 دانشجوی کارشناسی ارشد / دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در این تحقیق، ساختار میکروسکوپی، سختی سطحی و تنش پسماند در ورق‌های آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 که به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و با سرعت‌های دورانی و پیشروی متفاوت ابزار، به صورت لب به لب به یکدیگر متصل شده‌اند، مورد بررسی قرار‌ گرفته است. با توجه به این که آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 دارای قابلیت عملیات حرارتی می‌باشد، نتایج آزمون سختی نمونه‌ها نشان می‌دهد افزایش سرعت دورانی و یا کاهش سرعت پیشروی ابزار، سختی را در ناحیه جوشکاری، کاهش می‌دهد. با استفاده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس، که یک روش غیر مخرب می‌باشد، تنش‌های پسماند در نمونه‌های جوشکاری شده، اندازه‌گیری شده است. شبیه‌سازی اجزا محدود فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با روش مدل حرارتی و محاسبه حرارت تولیدی در حین جوشکاری، در نرم افزار آباکوس انجام گرفته است. مقایسه مقادیر تنش‌های پسماند حاصل از حل عددی با اندازه‌گیری‌های تجربی نشان می‌دهد، مدل عددی می‌تواند پیش‌بینی قابل قبولی از میدان تنش پسماند در اتصالات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارائه دهد. بررسی نتایج تنش‌های پسماند نشان می‌دهد، با افزایش سرعت دورانی و پیشروی ابزار، مقادیر تنش‌ در ناحیه جوشکاری شده افزایش می‌یابد؛ که علت آن بالا رفتن گرادیان حرارتی در اثر افزایش سرعت دورانی، و کاهش افت سختی و مقاومت بیش‌تر در برابر تغییر شکل پلاستیک با افزایش سرعت پیشروی ابزار است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Tool's Speed effect on hardness and residual stress in friction stir welded Al 2024-T351: Experimental method and Numerical simulation

نویسندگان English

Danial Ghahremani Moghadam 1
Khalil Farhang Doost 2
Ali Rastegar Mohammadabadi 3
Mohammad Ramezani Moghadam 4
چکیده English

In this study, microstructure, microhardness and residual stress in the butt jointed friction stir welded aluminum alloy 2024-T351 plates with different tool’s rotational and traverse speed is studied. According to the 2024-T351 aluminum is a heat treatable alloy, Hardness test results showed that increasing rotational speed or decreasing traverse speed of the tool reduced hardness in the weld zone. Then, using standard X-ray diffraction, which is a non-destructive method, residual stress in the welded samples is determined. A thermal model of friction stir welding process is simulated by using finite element method in the ABAQUS software. Comparison of residual stress results that obtained from the numerical solution with experimental measurements show that, the numerical model can predict the residual stress fields in friction stir welding joints reasonably. The results show that, increasing rotational speed, cause to higher residual stress in the weld zone, due to generation the higher thermal gradient and also, The higher tool traverse speed will induce a greater high-stress zone with a higher stress value in the weld, because of, a lower heat input and result in the relatively harder metal in the weld zone, causes a greater resistance to the plastic extrusion.

کلیدواژه‌ها English

Friction Stir Welding
Residual Stress
X-ray diffraction
finite element method
Aluminum Alloy 2024-T351