مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی تاثیر امواج فراصوتی افقی براستحکام قطعه کاردر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای مجدد پرکن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
10.22034/ijme.2025.529981.2095
چکیده
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای دوباره پُرکن یکی از زیرشاخه‏های جوشکاری اصطکاکی است. در واقع عبارت دوباره پُرکن به سبب از بین بردن عیب حفره به‌جامانده از جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی نقطه‏ای به آن اضافه شده است. ایده اصلی تحقیق حاضر بر این اساس است که چگونه اعمال امواج فراصوتی به‌صورت افقی به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای دوباره پُرکن است، باعث بهبود خواص مکانیکی و ریزساختاری آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 می‌گردد. لذا ابتدا یک میز آزمون شامل قسمت جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای دوباره پُرکن و تجهیزات فراصوت آماده‏ شد. نمونه‏ها نیز از ورق‏هایی به ضخامت 1 میلی‌متر و از جنس آلومینیوم 6061-T6 انتخاب شدند. متغیرهای ورودی شامل امواج صوتی، سرعت دورانی و عمق نفوذ بر روی آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 اعمال گردید نمونه‏های جوشکاری به‌دست‌آمده، برای استحکام کششی، سختی و ریزساختاری سنجیده و مقایسه شدند. نتایج نشان داد با افزایش توان فراصوتی همراه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای دوباره پر کن در منطقه اختلاط جوشکاری ازنظر ریزساختاری دانه‌ها ریزتر، این امر باعث افزایش استحکام تا 23% در سرعت‌های چرخش ابزار از 1200 به 1400 دور در دقیقه ‌‌‌می‌‌شود و سپس به‌طور چشمگیری در سرعت چرخش ابزار 1800 دور در دقیقه، به علت درشت شدن دانه‌ها استحکام تا 25% کاهش ‌‌‌می‌‌یابد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating the effect of horizontal ultrasonic amplitude on a aluminum workpiece strength in refill friction stir spot welding

نویسندگان English

Esmaeel PoorEsmaeel 1
Masoud Mahmoodi 1
Seyed Mohammad Jafari 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Faculty of Mechanical & Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده English

Refill Friction Stir Spot Welding (RFSSW) is a subset of friction stir welding. The term "refill" is added to this method due to its ability to eliminate the keyhole defect left behind by conventional friction stir spot welding. The core idea of the present research is to investigate how the application of horizontal ultrasonic vibrations to the refill friction stir spot welding process enhances the mechanical and microstructural properties of 6061-T6 aluminum alloy. To achieve this, a test setup consisting of an RFSSW welding unit and ultrasonic equipment was prepared. The specimens were made from 1-mm-thick 6061-T6 aluminum alloy sheets. The input variables, including ultrasonic waves, rotational speed, and plunge depth, were applied to the 6061-T6 aluminum alloy. The resulting welded samples were evaluated and compared in terms of tensile strength, hardness, and microstructure. The results indicated that increasing ultrasonic power during refill friction stir spot welding led to grain refinement in the weld nugget zone. This refinement contributed to a 23% increase in strength at tool rotational speeds ranging from 1200 to 1400 rpm. However, at a higher rotational speed of 1800 rpm, the strength decreased by 25% due to grain coarsening.

کلیدواژه‌ها English

Aluminum Alloy 6061-T6
Vickers Microhardness Test
Tensile Test
Ultrasonic
Friction Stir Spot Welding
[1] Zhou L, Luo LY, Zhang TP, He WX, Huang YX, Feng JC. Effect of rotation speed on microstructure and mechanical properties of refill friction stir spot welded 6061-T6 aluminum alloy. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017 Oct;92(9):3425-33. doi: 10.1007/s00170-017-0359-1
[2] Kluz R, Kubit A, Wydrzyński D. Analysis of structure and shear/peel strength of refill friction stir spot welded 7075-t6 aluminium alloy joints. Advances in Science and Technology. Research Journal. 2017;11(3). doi: 10.12913/22998624/76481
[3] Kluz R, Kubit A, Wydrzyński D. The effect of plunge depth on the strength properties of friction welded joints using the RFSSW method. Advances in Science and Technology. Research Journal. 2018;12(1). doi: 10.12913/22998624/76547
[4] Shen Z, Yang X, Yang S, Zhang Z, Yin Y. Microstructure and mechanical properties of friction spot welded 6061-T4 aluminum alloy. Materials & Design (1980-2015). 2014 Feb 1;54:766-78. doi: 10.1016/j.matdes.2013.08.021
[5] Liu XB, Qiao FB, Guo LJ, Qiu XE. Metallographic structure, mechanical properties, and process parameter optimization of 5A06 joints formed by ultrasonic-assisted refill friction stir spot welding. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2017 Feb;24(2):164-70. doi: 10.1007/s12613-017-1391-8
[6] Zou Y, Li W, Shen Z, Su Y, Yang X. Refill friction stir spot welding of aluminum alloys: State-of-the-art and Perspectives. Welding in the World. 2023 Aug;67(8):1853-85. doi: 10.1007/s40194-023-01552-0
[7] Kar A, Singh K, Kumar L. Effect of tool rotational speed and mechanisms associated with microstructure evolution and intermetallics formation in friction stir welding of aluminum alloy to titanium alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. 2024 Jul;33(13):6748-59. doi: 10.1007/s11665-023-08407-1
[8] Nan X, Zhao H, Jia BB, Ma C, Sun G, Zhou L, Wang R, Song X. The effect of rotational speed on microstructure and mechanical properties of Al/Ti dissimilar joint produced by refill friction stir spot welding. Journal of Materials Engineering and Performance. 2025 Feb;34(3):1812-24. doi: 10.1007/s11665-023-08545-6
[9] Shen Z, Chen Y, Hou JS, Yang X, Gerlich AP. Influence of processing parameters on microstructure and mechanical performance of refill friction stir spot welded 7075-T6 aluminium alloy. Science and Technology of Welding and Joining. 2015 Jan;20(1):48-57. doi: 10.1179/1362171814Y.0000000253
[10] Wang DA, Lee SC. Microstructures and failure mechanisms of friction stir spot welds of aluminum 6061-T6 sheets. Journal of Materials Processing Technology. 2007 May 7;186(1-3):291-7. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2006.12.045
[11] Muci-Küchler KH, Kalagara S, Arbegast WJ. Simulation of a refill friction stir spot welding process using a fully coupled thermo-mechanical FEM model. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2010;132(1). doi: 10.1115/1.4000177
[12] Lacki P, Derlatka A. Experimental and numerical investigation of aluminium lap joints made by RFSSW. Meccanica. 2016 Feb;51(2):455-62. doi: 10.1007/s11012-015-0211-9
[13] Lacki P, Derlatka A. The Plastic Deformation of RFSSW Joints During Tensile Tests/Deformacja Plastyczna Wybranych Połączeń RFSSW Podczas Rozciągania. Archives of Metallurgy and Materials. 2015;60(4). doi: 10.1515/amm-2015-0418