بررسی تأثیر فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به وسیله‌ی ابزار دوشانه‌ای بر سختی و مقاومت به ضربه‌ی آلیاژ آلومینیوم 6061-T6

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک ساخت و تولید، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران

2 دانشیار، مهندسی مکانیک ساخت و تولید، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

3 دانشیار، مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

چکیده

پژوهش حاضر به بررسی تأثیر سرعت­های چرخشی گوناگون و جنس انتخاب شده برای ساخت ابزار دوشانه­ای در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر تغییرات سختی و مقاومت به ضربه­ی آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 پرداخته است. بر اساس داده­های حاصله، مطلوب­ترین ابزار برای انجام این فرآیند باید از جنس فولاد گرمکار H13 بوده و طول پین آن نیز برابر ضخامت قطعه­کار باشد. همچنین بهینه­ترین نسبت میان قطر شانه­های ابزار و طول پین، حدود 3 تا 5 می­باشد. لذا ابزار طراحی شده برای انجام فرآیند مذکور، دارای قطر شانه­های 20، قطر پین 6 و طول پین 4 میلی­متر در نظر گرفته شد. نتایج نشان دادند که افزایش سرعت چرخشی بر کیفیت ظاهری اتصالات انجام شده تأثیر مطلوبی داشته و با بالا رفتن سرعت چرخشی در حین انجام عملیات جوشکاری نیز نیروی لازم برای شکست قطعه افزایش می­یابد. نتایج آزمون ضربه شارپی نیز مبین تأثیر مستقیم سرعت چرخشی فرآیند بر انرژی مصرفی شکستن نمونه­ها و طبیعتا تأثیر معکوس آن بر زاویه­ی برگشت پرتابه می­باشند. از انجام آزمون سنجش سختی میکروساختار نمونه­ها نیز استنباط شد که افزایش سرعت جوشکاری در نهایت سختی جوش را بالا می­برد. علاوه بر این، با بررسی ماکروساختار اتصالات نیز مشخص شد که افزایش سرعت دورانی بر کاهش عیوب آن­ها تأثیر بسزایی دارد. در پژوهش پیش رو، تأثیر انتخاب فولاد HSS به عنوان جنس ابزار دوشانه­ای نیز مورد بررسی قرار گرفته که نهایتا فولاد گرمکار H13 و سرعت 1500 دور بر دقیقه به عنوان جنس و سرعت چرخشی مطلوب­ از نظر تأثیر در ویژگی­های مکانیکی برای ساخت ابزار انتخاب گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of hardness and impact resistance in Friction Stir Welding process with Bobbin tool in Aluminum 6061-T6 alloy

نویسندگان [English]

  • meysam eksiri 1
  • mohamad Azimi Aghghaleh 1
  • Nasrolah Bani Mostafa Arab 2
  • Soroush Parvizi 3
1 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
3 Department of Metallurgical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this research the effect of different rotational speeds and different materials for producing the Bobbin tool in friction stir welding process on hardness and impact resistance changes for Aluminum 6061-T6 alloy is studied. According to the results, the most desirable tool to accomplish this process should be from H13 hot-work steel and the pin length should be as long as the work piece thickness. The most optimized ratio between tool shoulders diameter and pin length is about 3 to 5. Accordingly, the designed tool for the mentioned process had 20 mm shoulder diameter, 6 mm pin diameter and 4 mm pin length. Results showed that increasing the rotational speed had desirable effect on connections appearance quality and also cause raising the amount of consumed energy for breaking the work pieces and naturally it decreases the return angle of the projectile. Microstructure hardness tests showed that welding speed increase caused welded zone grains size changing. So it will increase the weld hardness. Furthermore, joints macrostructure’s defects were studied and determined that increasing rotational speed has good effect in decreasing these defects. Also in this research, the effect of using HSS tool as the bobbin tool material checked was investigated finally H13 was selected as the bobbin tool material due to the better strength in most other speeds. 1500 rpms selected as the best rotational speed in terms of affect on mechanical properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction stir welding process
  • Bobbin tool
  • Aluminum 6061-T6 alloy
  • Hardness
  • Impact resistance
[1] Shubham Verma, Joy P. Misra (2021). “Experimental investigation on friction stir welding of dissimilar aluminium alloys”. Sage Journals, Vol. 235, Issue 5, pp. 1545-1554.
[2] Kishan Fuse, Vishvesh Badheka (2021). “Effect of shoulder diameter on bobbin tool friction stir welding of AA 6061-T6 alloy”. Materials Today: Proceeding (2021).
[3] Mostafa M. El-Sayed, A.Y. Shah, M.Abd-Rabou, Mahmoud G. ElSherbiny (2021). “Welding and processing of metallic materials by using friction stir technique: A review”. Journal of Advanced Joining Process, Vol. 3, June 2021.
[4] W. Al-Wajidi (2020). “Analysis of friction stir welding process: sustainability and optimization”. The University of Guelph, Guelph, Ontario, Canada, 2020.
[5] Mohammad Syahid Mohd Isa, Kaveh Moghadasi, Mohammad Ashraf Ariffin, Sufian Raja, Mohd Ridha bin Muhamad, Farazila Yusof, Mohd Fadzil Jamaludin, Nukman bin Yusoff, Mohd Sayuti bin Ab Karim (2021). “Recent research progress in friction stir welding of aluminium and copper dissimilar joint: a review”. Journal of materials research and technology, Vol. 15, November-December 2021, pp. 2735-2780.
[6] V. Hariharan, P.V. Elumalai, M. Nambiraj, J. Jayakar, M. Parthasarathy, V. Venkata Kamesh (2021). “Experimental investigation of friction stir welding on aluminium AA6063”. Materialstoday Processing, Vol. 47, part 19, pp. 6830-6834.
[7] Andrade, A.C. (2009). “Development of the Bobbin-Tool for Friction Stir Welding Characterization and analysis of aluminum alloy processed the development Experimental Procedure”. pp. 1–8.
[8] Thomas, W.M., Wiesner, C.S., Marks, D. J., Staines, D. G. (2009). “Conventional and bobbin friction stir welding of 12% chromium alloy steel using composite refractory tool materials”. Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 14, No. 3, pp. 247–253.