مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بهینه‌سازی پارامترهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای آلیاژ آلومینیوم 6061 حاوی نانوذرات آلومینا با روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمد مهدی انتظاریان 1
محمد کریمی ایوانکی 2
داود افشاری 3
1 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
10.22034/ijme.2024.470738.1992
چکیده
امروزه استفاده از آلیاژهای آلومینیوم به‌دلیل نسبت بالای استحکام به وزن آن، به‌سرعت درحال افزایش است. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای (FSSW) یک روش نسبتاً جدیدی است که در سال‌های اخیر رشد زیادی در جوشکاری موادی همچون آلیاژهای آلومینیوم، منیزیوم و فولاد داشته است. در این مطالعه، تأثیر پارامترهای فرایند بر بار برشی لب‌های ورقه‌ای آلیاژ آلومینیوم 6061 با افزودن نانوذرات اکسید آلومینیوم توسط جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای بررسی خواهد شد. سه پارامتر مختلف فرایند که شامل سرعت دورانی ابزار، نرخ نفوذ ابزار و زمان توقف ابزار برای بررسی انتخاب شدند. پس از انجام فرایند جوشکاری، نمونه‌ها تحت تست کشش قرار گرفته و از روش بهینه‌سازی سطح پاسخ برای پیش‌بینی بار کششی برشی نمونه‌ها نسبت به پارامترهای فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی استفاده شد. همچنین در این مطالعه درصد سهم پارامترهای فرایند بر استحکام کششی نمونه‌ها با استفاده از تحلیل واریانس پیش‌بینی شد. نتایج تجربی نشان داد که در بین سه پارامتر فرایند، سرعت دورانی ابزار، بیشترین تأثیر را بر استحکام برشی لبه اتصال آلیاژ آلومینیوم 6061 حاوی نانوذرات اکسید آلومینیوم ایفا می‌کند. مطابق نتایج به‌دست آمده از بهینه‌سازی، پارامترهای بهینه فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای اتصالات جوشی، در سرعت دورانی 1500 دور در دقیقه، نرخ نفوذ ابزار 20 میلی‌متر بر دقیقه و زمان توقف ابزار 12 ثانیه به‌دست آمدند.
کلیدواژه‌ها
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای
آلیاژ آلومینیوم 6061
بهینه‌سازی سطح پاسخ
بار برشی لبه‌ای

عنوان مقاله English

Optimization of friction stir spot welding parameters of AA6061/Al2O3 using response surface methodology

نویسندگان English

Mohammad Mahdi Entezarian 1
Mohammad Karimi Ivanaki 2
Davood Afshari 3
1 MSc Graduate, Department of Mechanical Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
2 PhD Student, Department of Mechanical Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
3 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده English

The use of aluminum alloys is rapidly increasing due to their high strength-to-weight ratio. Friction Stir Spot Welding (FSSW) is a relatively new method that has seen significant growth in recent years for welding materials such as aluminum alloys, magnesium, and steel. This study will investigate the effect of process parameters on the lap shear load of AA6061 sheets with the addition of Al2O3 nanoparticles using friction stir spot welding. Three different process parameters were selected for examination: tool rotational speed, tool plunge depth, and tool dwell time. After the welding process, the samples were subjected to a tensile test, and the obtained results were used to predict the shear tensile load of the samples about the parameters of the friction stir spot welding process using the response surface optimization method. The percentage contribution of the process parameters was predicted using analysis of variance (ANOVA). Experimental results indicated that among the three process parameters, tool rotational speed had the most significant effect on the lap shear load of AA6061/Al2O3. According to the optimization results, the optimal process parameters for friction stir spot welding joints were achieved at a tool rotational speed of 1500 rpm, a tool plunge rate of 20 mm/min, and a tool dwell time of 12 Sec.

کلیدواژه‌ها English

Friction Stir Spot Welding
AA6061
Response Surface Methodology
Lap Shear Load
[1] Suresh S, Venkatesan K, Rajesh S. Optimization of process parameters for friction stir spot welding of AA6061/Al2O3 by Taguchi method. InAIP conference proceedings 2019 Jul 23 (Vol. 2128, No. 1). AIP Publishing. doi: 10.1063/1.5117961
[2] Karimi Ivanaki M, Afshari D, Seidi H. Investigation the effect of bobbin tool geometry in friction stir welding of aluminum alloy 6061-T6. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2019 Sep 23;6(4):1-6. [In Persian]
[3] Stojanovic B, Bukvic М, Epler I. Application of aluminum and aluminum alloys in engineering. Applied Engineering Letters: Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018;3(2):52-62. doi: 10.18485/aeletters.2018.3.2.2
[4] Suresh S, Venkatesan K, Natarajan E. Influence of SiC Nanoparticle Reinforcement on FSS Welded 6061‐T6 Aluminum Alloy. Journal of nanomaterials. 2018;2018(1):7031867. doi: 10.1155/2018/7031867
[5] Afshari D, Modaresinia H, Karimi Ivanaki M, Entezarian MM. Experimental investigation on mechanical properties affected by dissimilar friction stir spot welding of aluminum 6061-T6 alloy to copper. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 Aug 23;10(6):53-64. doi: 10.22034/IJME.2023.413891.1824 [In Persian]
[6] Lee SH, Lee DM, Lee KS. Process optimisation and microstructural evolution of friction stir spot-welded Al6061 joints. Materials Science and Technology. 2017 Apr 13;33(6):719-30. doi: 10.1080/02670836.2016.1230661
[7] Jambhale S, Kumar S, Kumar S. Effect of process parameters & tool geometries on properties of friction stir spot welds: a review. Universal Journal of Engineering Science. 2015 Feb;3(1):6-11. doi: 10.13189/ujes.2015.030102
[8] Melaku LE, Tura AD, Mamo HB, Santhosh AJ, Ashok N. Optimization and thermal analysis of friction stir welding on AA6061 aluminum alloys. Materials Today: Proceedings. 2022 Jan 1;65:3348-56. doi: 10.1016/j.matpr.2022.05.463
[9] Preethi V, Das AD. Optimization of friction stir welding parameters for better hardness in weld nugget of hybrid aluminium composite. Materials Today: Proceedings. 2021 Jan 1;37:723-7. doi: 10.1016/j.matpr.2020.05.729
[10] Jamalian HM, Eskandar MT, Chamanara A, Karimzadeh R, Yousefian R. An artificial neural network model for multi-pass tool pin varying FSW of AA5086-H34 plates reinforced with Al2O3 nanoparticles and optimization for tool design insight. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2021 Nov 1;35:69-79. doi: 10.1016/j.cirpj.2021.05.007
[11] Rahiman MK, Santhoshkumar S, Kumar PM. Experimental analysis on friction stir welded AA 7075/AA 6061 using Taguchi grey relational analysis. Materials Today: Proceedings. 2021 Jan 1;45:3290-5. doi: 10.1016/j.matpr.2020.12.519
[12] Bruce AR, Kumar PP, Arul K, Kumar PM, Kumar SL. Experimental characteristics and optimization of friction stir welded AA5052-AA6061 using RSM technique. Materials Today: Proceedings. 2022 Jan 1;59:1379-87. doi: 10.1016/j.matpr.2021.12.099
[13] Ivanaki M K, Entezarian MM, Afshari D, Shirdast A. Experimental and finite element thermomechanical study of different regions of friction stir spot welding of aluminum 6061-T6 to copper. 20th National and 9th International Conference on Manufacturing Engineering, 2023. [In Persian]