جوشکاری اصطکاکی تلاطمی و فرآیند آن خلاصه جوشکاری اصطکاکی تلاطمی یک فرایند نسبتاً جدیدی در اتصال حالت جامد است. این تکنیک اتصال بازده انرژی، محیط مساعد و چند کاربردی است. مخصوصاً این روش جوشکاری جهت اتصال الومینیوم استحکام بالا جهت کاربرد در صنایع هوا- فضا و دیگر آلیاژهای فلزی ای که با روش متداول جوشکاری ذوبی به سختی جوشکاری می شوند مورد استفاده قرار می گیرد. جوشکاری اصطکاکی تلاطمی مهم ترین رویداد در اتصال فلزات در یک دهه به حساب می آید. اخیراً، فرایند اسطکاکی تلاطمی جهت بهبود ریز ساختار مواد فلزی- اعمال می شود. در این مقاله مطالعاتی، اصطلاحات مخصوص هم در مورد: الف) مکانیزم مسئول(واکنش پذیر) برای پالایش و حالت دهی ریز ساختار جوش ب) اثرات پارامترهای جوشکاری/ فرایند اصطکاکی تلاطمی روی نتیجه مشخصات نهایی ریز ساختار و مکانیکی . در حالی که بخش عمده اطلاعات مربوط به آلیاژهای آلومینیوم می باشد. در حال حاضر نتایج مهم در مورد دیگر فلزات و آلیاژها می باشند. در این مقاله پراکنش تکنولوژی جهت فهم بنیادی تکامل ریز ساختار و ارتباط خواص ریز ساختاری بیان می شود. 1) مقدمه مشکل استحکام بالا بودن، مقاوم بودن در برابر خستگی و شکست جوشهای آلیاژهای آلومینیوم قابل کاربرد در صنایع هوا فضا، مثل سری های پرآلیاژ 2xxx و 7xxx ، گستره کاربرد جوشکاری را برای اتصال سازه های فضایی محدود کرده است. این آلیاژهای آلومینیوم و حفره های گازی در مطقه ذوب اساساً به عنوان آلیاژهای جوش ناپذیر طبقه بندی می شوند. همچنین کاهش خواص مکانیکی در مقایسه با فلز پایه خیلی مهم است. با وجود این عوامل، اتصال این آلیاژها توسط فرایندهای جوشکاری متداول امکان ناپذیر خواهد شد. بعضی از آلیاژهای آلومینیوم می توانند توسط جوشکاری مقاومتی جوشکاری شوند اما آماده سازی سطوح خیلی گران تمام می شود و اگر سطوح اکسیدی روی سطح آلومینیوم از بین نرود مشکل اساسی بوجود می آورد. جوشکاری اصطکاکی تلاطمی در انستیتوی uk در سال 1991 به عنوان یک تکنیک اتصال حالت جامد ابداع شد و نخست برای آلیاژهای آلومینوم بکار رفت (2 و 1). مفهوم اصلی FSW فوق العاده ساده است. یک ابزار دوار غیر مصرفی با یک پین مخصوص طراحی شده در آن و یک بازویی که مماس با لبه ورق است در طول یک خط مستقیم برای ایجاد اتصال مرتب جلو و عقب رفته تا آن دو ورق را به هم متصل کند. این وسیله دو کاربرد اولیه دارد: الف) حرارت دادن به قطعه کار ب) جابجایی مواد برای ایجاد اتصال این حرارت به دلیل ایجاد یک اصطکاک بین ابزار و قطعه کار به وجود می آید و سبب تغییر شکل پلاستیک قطعه کار می شود. گرمای متمرکز شده مواد اطراف پین را نرم می کند و در اثر چرخش ابزار و برگشتن آن به جلو منجر می شود که مواد نرم از جلوی پین به پشت پین انتقال یابند. در نتیجه این فرایند، حاصل یک اتصال حالت جامد خواهد بود. بخاطر اشکال هندسی گوناگون ابزار، حرکت مواد نرم اطراف پین یک حالت پیچیده و به هم تافته خواهد شد. (3) در طول فرایند جوشکاری اصطکاکی تلاطمی ، مواد دستخوش به دلیل بالا رفتن دما تغییر شکل پاستیکی شدید خواهند داشت و در نتیجه تبلور مجدد دانه های ریز و هم محور اتفاق می افتد (7-4). ریز ساختاری عالی در جوشکاری اصطکاکی تلاطمی مهمترین رویداد در اتصال فلزات در یک دهه بوده و به خاطر بازده انرژی، سازگاری محیط زیست و چند کاربردهبه عنوان تکنلوژی سبز معرفی شده است. در مقایسه با روشهای متداول جوشکاری، FSW انرژی کمتری مصرف می کند. به دلیل هیچ پودر و گاز محافظ مصرفی، این فرایند یک محیط مساعد را فراهم می کند. این اتصال به هیچ فلز پرکننده نیاز نداشته و بنابراین هر آلیاژ آلومینیوم می تواند بدون نگرانی سازگاری ترکیب شیمیایی به هم متصل شود که این یک پدیده ای در جوشکاری ذوبی است. آلیاژی آلومینوم، مختلف با ترکیبات نامتشابه می توانند به آسانی به هم متصل شوند. (10-8). در مقایسه با جوش اصطکاکی سنتی، که معمولاً هر دوی قطعاتی که می خواستند به هم متصل شود در یک راستا قرار می گرفتند و یکی از آنها می چرخید و دیگری ثابت بود و براثر حرارت حاصله بین آنها، عمل ذوب صورت می گرفت که با فشار دادن یکی در قطعه دیگر ( به طور همزمان) اتصال صورت می گرفت، جوش اصطکاکی تلاطمی می تواند درانواع مختلف اتصال نظیر جوش لب به لب، لب روی هم ، اتصال سپری لب به لب و اتصال گوشه ای اعمال شود(12). کلمات کلیدی در مورد FSW در جدول 1 آمده است. اخیراً فرایند اصطکاکی تلاطمی توسط Mishra et as etal توسعه یافته است. در بخش (14 و 13) ابزار قابل استفاده در جوشکاری اصطکاکی تلاطمی معرفی می شود. در این حالت، ابزار چرخشی در یک قطعه کار برای متمرکر کردن تغییر ریز ساختار جهت بالا بردن ویژگیهای خاص در فلز بکار می رود. برای مثال مواد با نرخ کرنش بالا با عنوان تجاری 7075 AL ALLOY و FSP نشان داده می شوند. علاوه بر این تکنیک FSP جهت ایجاد یک ترکیب سطحی روی زیر لایه آلومینیوم استفاده می شود (16). همگن سازی پودر متالوژی آلیاژ آلومینوم (17) ، تغییر ریز ساختاری ترکیبات اصلی فلز (18) و بالا بردن ویژگیهای آلیاژهای آلومینوم ریختگی (19). FSW/FSP به عنوان یک تکنیک خیلی موثر اتصال / فرایند حالت جامد پدیدار شده است. در یک مدت زمان نسبتاً کوتاهی بعد از ابداع، کاربردهای بسیار موفقیت آمیز FSW اثبات شد (23-20). در این تحقیق، مفهوم FSW و FSP و توسعه آن در صنایع موضوع اصلی می باشد. 2- پارامترهای فرایند FSW/FSP با حرکت مواد پیچیده و تغییر شکل پلاستیک سر و کار دارند. پارامترهای جوشکاری، شکل هندسی ابزار ، طرح اتصال اثر مهمی را بر الگوی جریان مواد و توزیع حرارت و ریز ساختاری مواد را متحول می کند. در این بخش بعضی از عاملین موثر فرایند FSW/FSP مثل مشکل هندسی ابزار، پارامترهای جوشکاری، طرح اتصال مورد ملاحظه قرار می گیرند. شکل هندسی ابزار شکل هندسی ابزار، موثرترین جنبه پیشرفت فرایند می باشد. شکل هندسی ابزار نقش بحرانی ای را در جریان مواد و نرخ حرکت ( عقب و جلو رفتن) ابزار FSW بازی می کند. ابزار FSW شامل بازو و پین است که در شکل 2 بصورت شماتیک نشان داده شده است. همانطور که قبلاً گفته شد ابزار دو کاربرد اصلی دارد: الف) تمرکز حرارت ب) جریان مواد در همان زمان اول فرو بردن ابزار، حرارت بوجود آمده از اصطکاک بین پین و قطعه کار بوجود می آید. بعضی حرارتهای اضافی ناشی از تغییر شکل مواد می باشد. ابزار تا زمان مماس شدن با قطعه کار، به پایین حرکت می کند. اصطکاک بین بازو و قطعه کار منجر به ایجاد گرمای زیاد می شود. بابت جنبه حرارت، نسبت اندازه پین به بازو مهم است و بقیه جلوه های طراحی بحرانی نیستند. بازو، نیز محدودیتهایی برای حجم حرارتی متشکل در مواد ایجاد می کند. کاربرد دوم ابزار، ایجاد تلاطم و جابجایی مواد است. یکدست شدن ریز ساختار و ویژگیهای فلزی باید به خوبی عملکرد ابزار و طراحی شکل هندسی آنها باشد. معمولاً یک بازوی مقعر و پین های استوانه ای رزوه شده هم مورد استفاده قرار می گیرند. با بالا رفتن تجربه و پیشرفت در شناسایی جریان مواد، شکل هندسی ابزار به طور قابل ملاحظه ای تکامل یافت. اشکال پیچیده اضافه شده اند تا جریان ماده نیز اندازه اعمال بار را در فرایند کاهش دهند. به طرز مثال ابزارهای MXTriflut و Whorl توسعه یافته توسط TWI در شکل 3 نشان داده شده اند Thomas etal (24) خاطر نشان کرد که پین ها برای هر دو ابزار به شکل Frustum طراحی شده اند که کمتر از ابزار استوانه ای با همان قطر پایه پین مواد را جابجا می کند. معمولاً whorl حجم حرکتی ابزار را حدود 60% کاهش می دهد در صورتی که MX Triflute حجم حرکتی ابزار را حدوداً 70% کاهش می دهد. جنبه های طراحی Whorl و MX Triflute بر این اساس پایه گذاری شدند که نیروی جوشکاری را کاهش دهند. ب) تقویت پلاستیک پذیری مواد و تسهیل در این امر ج) تسهیل در پایین رفتن هسته د) افزایش سطخ مشترک بین پین و ماده نرم شده علاوه بر آن، افزایش تولید حرارت. این اثبات شده است که ورقهای آلومینیومی با ضخامتهای بیشتر از 50 میلی متر می توانند با 1 بار عبور یکی از این دو ابزار به صورت جوش اصطکاکی تلاطمی به هم متصل شوند. در یک قطعه به ضخامت 75 میلی متر (6082 AL-T6) با روش FSW با دوبار عبور ابزار Whorl اتصال انجام می شود که هر بار عبور حدود 38 میلی متر نفوذ می کند. Thomas et al (24). توصیه می کند که دلیل اصلی برتری پین های Whorl به پین های استوانه ای متداول نسبت حجم جارو کردن در هنگام چرخش پین به حجم خود پین است. معمولاً نسبت برای پین های با قطرهای مساوی و طول پین حدوداً 1: 1/1 است و برای پین های استوانه ای متداول 1: 8/1 ، برای پین Whorl و برای پین MX Triflute 1 : 8/1 است ( در زمان جوشکاری ورق با ضخامت 25 میلی متر) برای جوش لبه روی هم، پین رزوه شده استوانه ای متداول به دلیل نازک بودن تک هسته خواص پیوندی را به صورت قابل ملاحظه ای کاهش می دهد (25). علاوه بر این در جوش لبه روی هم، عرض سطح مشترک جوش و زاویه ای که سوراخ با لبه جوش می سازد در زمانی که خستگی ( بارهای چند محوری) مورد اهمیت است باید مورد بررسی و تحقیق قرار می گیرد. اخیراً دو شکل هندسی جدید پین که یکی Flared Frilute با زمینه های شیار Flav مانند ( شکل 4) و دومی A-Skew با محور پینی که به سمت دوک ماشین شیبدار است (شکل 5) که جهت جوش لبه روی هم با کیفیت جوش مطلوب تهیه شده (27-25). جنبه های طراحی Flared – Trifute و A-skew بر این باورند که: نسبت بین حجم جارو شده و حجم استاتیک پین افزایش می یابد و در نتیجه مسیر جریان اطراف پین و قسمت زیرین پین بهبود می یابد. ب) عریض تر شدن منطقه جوشکاری به دلیل شکل پین Flare- Trifute و پیچشی که در پین A- Skew وجود دارد. ج ) فراهم کردن یک عمل بهبود یافته برای تکه تکه کردن اکسید روی سطح آلومینیوم و پخش شدن آن در سطح مشترک جوش و د) فراهم کردن یک عمل آهنگری در ریشه جوش به دلیل حرکات پیچشی و بهبود کیفیت جوش در آن منطقه در مقایسه با پین رزوه شده متداول Flared Trifute و پین kew A- Sl و نتایج آن 1- 100% بهبود در سرعت جوش 2- حدود 20% کاهش در بار محوری 3- عریض تر شدن منطقه جوش (190% تا 195% برابر ضخامت ورق برای پین Flare Trifute و A-skew و 110% برای پین رزوه شده متداول) و 4- کاهش در ورق لاغرتر با عامل ضرب بزرگتر از 4.(27). علاوه بر این پین Flare Trifute به طور قابل ملاحظه ای زاویه شکاف چرخش رو به بالا را در ورقهای روی هم / سطح مشترک جوش کاهش می دهد در حالی که پین A-skew به مقدار کمی در قسمت بیرونی ورقهای روی هم / سطح مشترک جوش زاویه شکاف چرخش رویه سودمند می باشند. (27-25). Thomas و Dolby (27) توصیه کرده اند که هر دوی پین های مشابهی که سطح مشترک اتصال آنها عمود بر محور ماشین است مناسب هستند. علاوه بر این، شکل های گوناگون بازو در TWI جهت استفاده در موارد و شرایط مختلف طراحی شده است(شکل 6). این شکل های بازو، اتصال بین بازوی ابزار و قطعه کار را بهبود بخشیده و سبب می شود مواد نرم شده بهتر بتوانند در طول قطعه حرکت کنند. بررسی اهمیت شکل هندسی ابزار روی جریان مواد، ارتباط اساسی بین جریان مواد و پیامد ریز ساختار جوش با هر ابزار دیگری متفاوت است. ابزارهای کامپیوتری تجزیه و تحلیل کننده محدود (FEA) می تواند جریان مواد را پیش بینی کنند و نیروهای محوری را حساب کنند. شرکتهای متعددی در کنفرانس های جوش اصطکاکی تلاطمی تحقیقات و پژوهش های خود را ارائه داده اند (مثل R &D ) ولی در حال حاضر هیچ نوشته ای که شامل نتایج آن تحقیقات باشد و خود آن تحقیقات در دسترس نیست. پارامترهای جوشکاری برای FSW ، دو تا پارامتر خیلی مهم هستند: نرخ چرخش ابزار W , RPM است و ساعتگرد یا پادساعتگرد بودن چرخش و سرعت عقب و جلورفتن در طول خط اتصال است چرخش ابزار منتج به تلاطم و تلفیق مواد دور پین چرخان و برگرداندن مواد متلاطم از جلوی پین به پشت پین و آنگاه فرایند جوش پایان می یابد. چرخش زیادتر ابزار منجر به تولید یک دمای بیشتر می شود که بخاطر حرارت اصطکاکی بیشتر می باشد و در نتیجه یک تلاطم و تلفیق شدیدتر پین مواد صورت میگیرد (طبق اظهارات قبلی). به هر حال این باید در نظر گرفته شود که اتصال اصطکاکی سطح ابزار با قطعه کار منتج به تولید گرما می شود. چون با افزایش تعداد دور ابزار حرارت حاصله بیشتر می شود. بنابراین نباید انتظار داشت که ضریب اصطکاک بین ابزار و قطعه کار به دلیل سرعت چرخش بیشتر تغییراتی کند. علاوه بر سرعت چرخش ابزار و سرعت عقب و جلو، پارامتر فرایند مهم دیگر، زاویه دوک یا شیب ابزار نسبت به سطح قطعه کار است. یک شیب مناسب دوک، نسبت به مسیر حرکت این را تضمین می کند که بازوی ابزار، تلاطم مواد را مهار کند و مواد را به مقدار کافی از جلوی پین به عقب پین جابجا کند. علاوه بر این فرو کردن عمق پین در قطعه کار سبب حصول جوش سالم با سطح کاملاً صاف می شود. لازمه فرو کردن عمق پین در قطعه کار، یک پین مرتفع است. وقتی که عمق فرو کردن خیلی کم است، بازوی ابزار با سطح اصلی قطعه کار تماس پیدا نمی کند. بنابراین چرخش بازو نمی تواند مواد متلاطم را به طور کامل از جلوی پین به عقب پین جابجا کند و در نتیجه در سطح جوش یک شیار طولی برجا می ماند. وقتی عمق فرو کردن خیلی عمیق باشد، بازوی ابزار در داخل قطعه کار فرو می رود و حاصل، جوشی با سطح براق خواهد شد. در این حالت یک جوش مقعر قابل ملاحظه ای ایجاد می شود که به علت نازک بودن ورق جوش شده است. پیش گرم کردن یا سرد کردن برای بضی فرایندهای FSW مهم تلقی می شود. برای مواد با نقطه ذوب بالا مثل فولاد و تیتانیوم یا مواد هادی مثل مس، گرمای حاصل از اصطکاک بین قطعه و پین بر اثر چرخش بازو و تلاطم حاصله ممکن است جهت ایجاد یک اتصال جوشی کافی نباشد و اتصال صورت نگیرد. از اینرو، حصول جوش بدون عیب مشکل است. در این حالت، پیش گرم یا منابع حرارتی خارجی اضافی می توانند کمک شایانی در ایجاد حرارت لازم جهت اتصال جوش به قطعه بکنند. به عبارت دیگر، در موادی با نقطه ذوب پایین تر مانند آلومینیوم و منیزیم، سرمایش می تواند جهت رشد وسیع تبلور مجدد دانه ها و انحلال رسوبات تقویت شده داخل و اطراف ناحیه متلاطم شده کمک شایانی کند. 3-2 طرح اتصال ساده ترین شکل طرح اتصال در FSW، اتصالات لب به لب و لب روی هم می باشد. اتصال لب به لب با شیار مربعی ساده در شکل 7a نشان داده شده است. دو ورق با ضخامتهای مساوی، پشت یک ورق دیگر جهت تقویت نمودن آن اتصال و محافظت نمودن از ریشه جوش در شکل 7e آمده است. در همان زمانی که بازوی فرو رونده می خواهد کار خود را شروع کند، قطعات با یک نیروی نسبتاً زیاد به یکدیگر فشرده می شوند تا اینکه جوش لب به لب به صورت کاملاً پیوسته و سالم اجرا شود. یک ابزار دوار، در خط اتصال فرو می رود و در طول این خط اتصال به عقب و جلو می ررود. وقتی بازوی ابزار با سطح ورق یک تماس درونی برقرار کند، جوش در طول خط اتصال شکل می گیرد. به عبارت دیگر برای یک اتصال لب روی هم ساده، دو ورق یا دو پلیت به پشت پلیت متصل شده اند. یک ابزار چرخشی به صورت عمودی اول وارد پلیت بالایی و سپس به پلیت پایین فرو می رود و در طول مسیر مطلوب به حرکت عقب و جلو خود ادامه می دهد تا دو ورق به هم متصل شوند (شکل vd). خیلی دیگر از شکل های اتصال می تواند توسط ترکیب اتصال لب روی هم و لب به لب طرح شوند. به غیر از اتصال ب روی هم و لب به لب، انواع دیگر طرح اتصال مثل اتصال گوشه ای (شکل vg) ، ممکن است نیاز بعضی کاربردهای مهندسی باشند. اشاره به این موضوع که هیچ عملیات آماده سازی مخصوصی برای فرایندFSW در اتصال له روی هم و لب به لب نیاز نیست، مهم است. دو سطح تمیز پلیت به آسانی می توانند به شکل اتصال لبه روی هم و لب به لب به هم متصل شوند بدون هیچگونه ارتباطی در مورد شرایط سطحی پلیتها. 3- مدلسازی فرایند FSW/FSP در نتیجه تغییر شکل پلاستیک شدید و بالا رفتن دما در داخل و خارج ناحیه متلاطم بوجود می آید. این عمل منتج به تکامل مهم ریز ساختاری، اندازه دانه ها، مشخص شدن مرز دانه ها، شکستن و خرد کردن ناخالصی ها و پخش آن در سطح ماده، رسوب حلال ها و زبر کردن دیواره، ایجاد بافتهای جدید. آگاهی داشتن از فرایند مکانیکی و فرایند حرارتی در طول FSW/FSP جهت بهینه سازی پارامترهای فرایند و کنترل کردن ریز ساختار و مشخصات جوش لازم است. در این بخش دانش به روز در مورد فرایندهای مکانیکی و حرارتی در طول FSW/FSP بحث می کنیم. 1-3 جریان ماده جریان ماده در طول جوش اصطکاکی تلاطمی ارتباط کاملاً مستقیم دارد با شکل هندسی ابزار، پارامترهای فرایند و موادی که می خواهند جوش شوند. از لحاظ تجربی این مهم است که در مورد خصوصیات جریان مواد برای بدست آوردن یک ملاکی جهت بهینه کردن ابزار و حساب کردن راندمان بالای ساختار جوش قبل از انجام فرایند اطلاعات و آگاهی داشته باشیم. این عمل نیز منجر به تحقیقات بیشتر روی رفتار جریان ماده در طول FSW می شود. تعداد روشها، مثل طراح تکنیک بوسیله نشانگر، جوش دادن فلزات / آلیاژهای نامتشابه به هم، همه و همه جهت پیش بینی کردن الگوی جریان ماده در FSW استفاده می شوند. 1-1-3 یافته های آزمایشگاهی جریان ماده بطور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر طراحی ابزار استفاده شده قرار دارد. بنابراین هر ایده ای که مطرح می شود باید به دقت به کار برده شود. همچنین بیشتر مطالعات در مورد طرح ابزار و شرایط فرایند، گزارش نمی دهند بنابراین اختلاف بین مطالعات گوناگون به راحتی قابل تشخیص نمی باشد. در یک دید کلی در این بازبینی، بعضی از مطالعات، یک خلاصه نویسی هستند و بعضی از آنها روی یک ایده کلی، بحث می کنند. 1-1-1-3 طرح تکنیک ها توسط نشانگر یک روش خط دادن به جریان ماده در یک جوش اصطکاکی تلاطمی استفاده یک نشانگر ( شاخص) است که این نشانگر باید متفاوت با موادی که می خواهند جوش شوند باشند. در سالهای اخیر، مواد مختلف نشانگر مثل آلیاژ آلومینیوم که با اختلاف قابل ملاحظه ای با فلز پایه داشت (30-28)- لایه نازک مس (31). براده های ریز فولاد (33-32) – ترکیبات AL-Sicp و AL-W (34-3) و تنگستن (35) در خط دادن به جریان ماده در فرایند FSW استفاده می شوند. Coworkers, Reynolds (30-28) در مورد رفتار جریان ماده را در FSW (2191 AL-T8) و استفاده تکنیک وارد کردن نشانگر تحقیق کردند (MIT) . در این تکنیک نشانگر ها از 5454AL-H32 ساخته شدند که در مسیر چرخش ابزار کار گذاشته شدند همانند شکل 8 و برای نشان دادن وضعیت نهایی آنها بعد از جوشکاری بوسیله باریکه هایی به ضخامت 25/0 میلی متری که از روی سطح جوش برداشته شده اند به صورت پشت سرهم روی نمودار قرار می گیرند. سپس آنها را معرف Keller طرح می کنند و آزمایش های متالوگرافی را روی آن انجام می دهند. علاوه بر این زائده های نشانگر طوری از سطح جوش برداشته شده اند که عمود بر مسیر جوش هستند و یک حالت عمقی دارند. نتیجه این تحقیقات در زیر آمده است: اول: همه جوشها یک الگوی جریان معمولی نشان می دهند. جریان نسبت به خط مرکزی متقارن نیست. توده ماده شاخص از حالت نهایی خود به حالت اصلی خود بر می گردد و فقط یک مقدار کمی از ماده که جلو است به حالت نهایی خود در جلوی حالت اصلی خود حرکت می کنند. حرکت رو به عقب ماده به پشت حالت اصلی خود فقط به قطر پین بستگی دارد. دوم: سطح مشترک بین سطوح جلو و سطوح عقب نشینی کرده به خوبی قابل تشخیص هستند و ماده در طول فرایند FSW به درتسی متلاطم نمی شود و حداقل اینکه در حالت ماکروسکپی چنین حالتی پدید نمی آید. سوم: تلاطم ماده به این صورت است که در هنگام چرخیدن پین در ماده، ماده اول به سمت پایین فشرده می شود و سپس از قسمت جلوی پین به قسمت عقب پین پس زده می شود و سرعت این عمل به قطر پین بستگی دارد. کاملاً مشخص است که تلاطم مواد فقط در سطح بالای جوش آن هم در جایی که حرکت مواد دقیقاً توسط چرخیدن پین صورت می گیرد، انجام می شود و دوران بازوی پین باعث می شود که ماده از قسمت عقب نشینی کرده دور پین به قسمت جلوی پین حرکت می کنند و بالعکس. چهارم: مقدار جابجایی عمودی قسمت عقب نشینی کرده پشت شاخص شدیداً متناسب با پارامترهای جوش می باشد ( سرعت جوشکاری، سرعت دوران، مثلاً پیشروی ابزار در هر دور چرخش). پنجم: انتقال ماده در طول خط مرکزی جوش با افزایش قطر پین افزایش می یابد. با سرعت دوران و سرعت عقب و جلو رفتن بازو ارتباط مستقیم دارد. پیروی اظهارات Reynolds و همکارانش (30-29) توصیه می کند که فرایند جوش اصطکاکی تلاطمی تقریباً می تواند به عنوان یک فرایند Extrusion به حساب آید که در آن ابزار بازو، پین ، ورق پشت بند جوش و فلز پایه سرد بیرونی ناحیه جوش یک فرایند Extrusion Chambev را شکل می دهد که نسبت به قطعه کار حرکت می کند. آنها نتیجه گرفتند که ترکیب برون رانی (Extrusion) و تلاطم دور پین روی سطح بالای جوش به واسطه قطر پین و حرکات عمودی و دایره ای اطراف محور طولی جوش بوجود می آید. Guerra و همکارانش (31) جریان ماده را در FSW 6061 AL بوسیله شاخص سطح تماس و یک پین ثابت نگه داشته شده در آخر جوش مورد مطالعه قرار دادند. در این تکنیک جوش با یک لایه نازک مس با خلوص بالا به اندازه 1/0 میلی متر در طول سطح تماس جوش پوشانده شد. بعد از اینکه یک جوش کامل شکل گرفت چرخش پین را با دست نگه می دارند و به آرامی آن را از قطعه کار بیرون می آورند. سطح جوش و تکه های در آورده از جوش جهت انجام آزمایشات --- می شوند. Guerra و همکارانش نتیجه گرفتند که در FSW مواد دور پین چرخش می کنند و این چرخش در 2 مرحله انجام می شود: اول: مواد در قسمت جلوی پین به طور همزمان بعد از رفتن به پشت پین، سریعاً به جای خود بر می گردند و این دوران به طور پیوسته انجام می شود. ماده در این ناحیه دچار تغییر شکل زیادی شده و زمانی که به پشت پین منتقل می شود به حالت کمانی شکل ، شکل می گیرد. این ناحیه ریز سختی 95 ویکرز دارد. دوم: ماده عقب نشینی شده در جلوی پین، بین ناحیه چرخان و فلز پایه و دنباله جوش رسوب شده Extrud می شود. این ناحیه به اندازه 35 ویکرز ریز سختی دارد. علاوه بر این، به این نتیجه رسیدند که ماده نزدیک سطح بالای جوش تحت اثر بازو حرکت می کند نه پین رزوه شده Colligan (33-32) رفتار جریان ماده را در حین FSW آلیاژهای آلومینیوم بوسیله تکنیک شاخص ضربه فولاد و قطع کار را مورد مطالعه قرار داد. در تکنیک شاخص ضربه فولاد یک سری ساچمه های فولادی کوچک به قطر 38/0 میلی متر در طول خط جوش در حالتهای مختلف کار گذاشته می شود. این تکنیک در جوش های اتصال لب به لب ورقهای 6061AL-T6 و 7075 AL-T6 استفاده می شود. بعد از تمام شدن جوش، هر جوش برای اینکه مشخص شود از مواد شاخص ذره ای دور و پشت پین باقی نمانده بعداً رادیوگرافی می شود. تکنیک قطع کار شامل پایان دادن جوش اصطکاکی متلاطم توسط ایست ناگهانی حرکت رو به جلوی ابزار جوشکاری و عقب نشینی همزمان ابزار در یک سرعت خاص است که باعث می شود ابزار پین جوشکاری خودش از داخل جوش باز شود ماده جوشکاری شده در محلی که در آنجا ابزار درآمده است یک حالت رزوه خور شده که آنرا به عنوان سوراخ کلیدی شکل می نامند (Keyhole) . با برش زدن سوراخ کلیدی شکل می توان جریان داده را که در حین انجام فرایند شکل گرفته مشاهده نمود. این تحقیق نتایج مهم زیر را به دنبال دارد: اول: توزیع ضربات فلزی شاخص به دو گروه کلی تقسیم می شود: 1- توزیع منقطع، 2 - توضیح پیوسته. در مناطق نزدیک سطح بالای جوش، تکه های ریز شاخص به صورت یک شکل عجیب و غریب در مسیر پشت سر پین در یک گستره خاصی نمایان می شوند. به طور مثال توضیح منقعط. رسوب ضربات آهنی شاخص منقطع در یک عمق بیشتری نسبت به محل اصلی شان تغییر مکان می دهند. در مناطق دیگر جوش خطهای ممتدی در جوش دیده می شود که ضربا فولاد به صورت یک خط مستقیم وصاف در پشت سر حرکت پین از خود اثر به جای گذاشته اند مثلاً توزیع پیوسته به هر حال ضربات شاخصفولاد در قسمت بالایی جوش بیشتر دیده شده است. دوم : در مسیر منتهی به سوراخ کلیدی شکل می بینیم که حالت رزوه شکل حلقه های آلومینیوم بیشتر می شود. حرکت ممتد رو به پایین رزوه نسبت به حرکت رو به جلوی پین باعث می شود مواد در داخل قصی رزوه شده گیر بیافتد و پشت پین رسوب داده شوند. بر پایه این دریافته ها Golligan (33-32) نتیجه گرفته است که همه ماده در مسیر ابزار واقعاً متلاطم نشده اند و به یک مقدار زیاد ماده به سادگی در اطراف جهت عقب نشینی پین ابزار جوشکاری Extruel شده و پشت آن ته نشین شده است. به هر حال این باید در نظر گرفته شود که اگر ماده شاخص دارای یک چگالی و سیالیت متفاوت دارد، امکان دارد که در آخر نتیجه دقیق و صحیح را به ما ندهد. Condon و همکارانش (34) در مورد جریان مواد در FSW 7050AL-T7451 که با شاخص ترکیب شده از 6061 AL 30% Sic و AL 20% W کنترل و تنظیم شده بود، تحقیق کردند. شاخص با یک سطح مقطع 0.79mm × 0.51mm در مرکز نیم صفحه قطعه کار و در آخر قطعه کار، قرار داده می شود. در هر بار که FSW استعمال می شد در نقاط خاصی جهت اندازه گیری باید حرکت ابزار را متوقف می کنیم ولی وقتی که شاخص را به کار بردیم دیگر این اتفاق نمی افتد. توزیع ماده شاخص در فلز پایه توسط رادیوگرافی تشخیص داده می شود. براساس مشاهدات آزمایشگاهی London و همکارانش پیشنهاد کردند که جاری شدن ماده شاخص در ناحیه FSW دچار وقایع زیر می شود: اول: ماده جلوی پین به طور قابل ملاحظه ای بلند می شود و این بخاطر یک شیب 3 درجه ای است که ابزار نسبت به قطعه کار دارد که باعث می شود یک حالت تیغه ای یا حالت زبری روی جوش بوجود بیاید. دوم: پیوری این بلند شدن شاخص، با درگیر شدن با محیط پین بریده می شود و در آن موقع بریده های آن به قسمت پایین هل داده می شوند و این عمل به خاطر حالت رزوه ها می باشد. سوم: مواد شاخص در راه راه های بوجود آمده به خاطر شکل هندسی زوه گیر کرده و در اعماق جوش می روند و شکل گیری این جوش بستگی پارامترهای جوشکاری دارد. علاوه بر این و همکارانش (34) خاطر نشان کردند که مقدار تغییر شکل ماده در فرایند FSW بستگی به مکانی دارد که پین در آنجا قرار می گیرد. شاخص های روی سمت جلوی جوش در قسمت عقب جوش به یک مقدار زیادتری نسبت به شاخص هایی که در خط مرکزی جوش هستند، توزیع می شوند. 3-1-1-3 تجسم جریان در فرایند FSW مواد نامتشابه علاوه بر تکنیک شاخص ، مطالعات زیاد دیگری در جوشکاری اصطکاکی تلاطمی مواد نامتشابه برای مجسم کردن پدیده جریان پیچیده انجام شده است. Midling (35) در مورد اثر سرعت جوشکاری روی جریان مواد در جوشهای آلیاژ های آلومینیوم نامتشابه تحقیق کردند. او اولین کسی بود که اشکال بدست آمد زیر ساختار سطح مشترک جوش را گزارش داد. به حال، اطلاعات در مورد پیش بینی شده جریان فقط محدود به سطح مشترک بین آلیاژهای غیر متشابه بود. Ouyang و Kovacevic (36) آزمایشهای روی رفتار جریان مواد را در جوشکاری لب به لب اصطکاکی متلاطم ورقهای 2024AL به 6061AL به ضخامت 7/12 میلی متر انجام دادند. 3 منطقه مختلف ناحیه جوش ظاهر شدند. اولین ، منطقه ای مخلوط شده بصورت مکانیکی بود که ذرات آلیاژهای مختلف در آن به صورت یکدست شکل گرفته بودند. دوم: منطقه جریان پلاستیک که از متلاطم شدن مواد نشئت می گیرد داردی یک حالت گردابی ولی تیغه تیغه ای شکل است که از آلیاژهای آلومینیوم تشکیل شده است. سوم: مناطقی که حالت اختلاط در آن صورت نگرفته و در آن دانه های هم محور ریز آلیاژ 6061AL شکل گرفته اند. آنها گزارش دادند در جوش ها تماس بین لایه های مختلف ذاتی است. به هر حال پیوند بین دو آلیاژ آلومینیوم بصورت کامل صورت می گیرد. علاوه بر آن، آنها حالت گردابی سازه و تیغه های متناوب در عمل تلاطم ابزار رزوه شده ( در حالت برون زنی) و حرکت عقب و جلو در طول مسیر جوش را به هم وابسته دانستند. Murr و هماکرانش (8 , 10 , 37 , 38) در مورد پیش بینی جریان حالت جامد در جوشکاری لب به لب اصطکاکی متلاطم 2024AL به 6061AL و مس به 6061AL تحقیق نمودند. جریان مواد به عنوان دینامیک اغتشاشی ای که ریز ساختارها در حرکت گردابی و گردان به خود می گیرند توصیف شده است. جوش بعد روی هم اصطکاکی متلاطم 2195 AL به 6061 AL نمایان کرد که حرکات عمودی مواد درون ناحیه چرخان به سبب شتسشو قبل و بعد از استفاده درزها است (31). Guerra و همکارانش اظهار کردند که مواد وارد شده به این منطقه پیروی یک حالت مارپیچ پرتاب کننده هستند که توسط حرکت دورانی، جریان عمدی و حرکت برگردان پین پدیدار می شود. 3-1-1-3 مشاهدات ریز ساختار این ایده که FSW به یک فرایند Extrusion تشبیه شده است. همچنان توسط Krishnan ساپورت می شود. Krishnan (39) در مورد شکل گیری حلقه های پیاز شکل در جوشهای اصطکاکی تلاطمی آلیاژهای 6061 AL و 7075 AL با استفاده از پارامترهای مختلف FSW تحقیق نمود. حلقه های پیاز نمایان شده در ناحیه جوش شده گواه صریح رخ دادن پدیده انتقال خصوصیات مواد در حین FSW می باشد. به عبارت دیگر Biallas و همکارانش (40) نظر دادند که شکل گیری حلقه های زنجیر به بازتاب جریان مواد، در دیواره های مجازی شیار صورت می گیرد که پس از ثابت شدن، یک شکل متقارن به خود می گیرند. بوجود آمدن حرکات دایره ای منجر به دایره هایی می شود که شعاع و شکل تیوپ شان کاهش می یابد. اگر چه آزمایش های ریز ساختاری یک تحول سریعی در اندازه دانه ها و یا کم شدن چگالی در این حلقه ها را نشان داده (42-41). این قابل ذکر است که شکلگیری حلقه های پیاز دور از تکامل بوده و اگر در زمان مکانیزم شکل گیری حلقه های پیاز دقت کنیم در هنگام جریان مواد در FSW یک چیز روشن و نورانی را می توان مشاهده کرد. اخیراً Ma و همکارانش (43) یک مطالعه ای را روی تغییرات ریز ساختار ریختگی A 356 از طریق فرایند اصطکاکی متلاطم در پیش گرفته اند. ورقهای A 356 تازه ریخته شده مورد آزمایش فرایند اصطکاکی متلاطم توسط استفاده از ابزار هندسی شکل مختلف و پارامترهای FSP قرار گرفتند. شکل 9 نمایی از ماکروگرافهای نوری A 35 تازه ریخته شده و نمونه آماده شده FSP که توسط یک پین رزوه شده استاندارد با سرعت دوران 900 دور در دقیقه و سرعت عقب و جلو رفتن 203 میلی متر بر دقیقه آماده شده است را می بینیم. A 356 تازه ریخته شده با ذرات SI زبر همگن که دندانه های با متوسط سایز 100 میکرومتر و حفره های گازی با قطر 50 میکرومتر دارد در شکل 9 نشان داده شده است. ذرات (Acicelar) Si بیشتر ترجیح می دهند که در طول مرزهای دانه ها اسکان کنند و باعث دندانه دندانه شدن مرز دانه ها می شوند. به طرز مثال توزع ذرات Si در A 356 تازه ریخته شده به صورت یکپارچه نیست FSP در نتیجه فروپاشی ذرات Si و دندانه های آلومینیوم اصلی صورت گرفت. بعد از FSP، نسبت متوسط SI به 2 کاهش می یابد. علاوه بر آن FSP حفره گازی از A 356 حذف می شود ، آشکارا، مواد درون منطقه ای که فرایند در آن صورت گرفته (FSP A 356) دچار یک تلاطم و اختلاط خیلی شدید قرار گرفته از این رو ذرات Si زبر فروپاشی کرده ساختار دندانه ای شکل و توزیع همگن ذرات Si در اطراف آلومینیوم اصلی شکل می گیرند. تحقیقات گذشته نشان می دهد که Extrasion در دمای خیلی بالا، نسبت سختی ذرات هم محور کنار یکدیگر را کاهش نمی دهد (45-44). بعلاوه، ترکیبات اصلی فلزتازه Extrud شده معمولاً توسط پیوند قوی ذرات و پیوند آزاد ذرات توصیف می شود (46-45). 2-1-3 مدل دهی به جریان ماده به غیر از یافته های آزمایشگاهی، یک تعداد مطالعاتی برای شکل دادن به جریان ماده در طول FSW انجام گرفت (53-47) ابزارهای شکل دهی ریاضیاتی (55-54). شکل هندسی ساده (56) و شکل آهنگری (57). همه این تلاشها جهت رسیدن به مفهوم فیزیک پایه جریان ماده ای که در طول فرایند FSW رخ می دهد، بوده است. Xu و همکارانش (47) دو عنصر مدل دهنده متناهی را گسترش دادند، مدل سطح مشترک و مدل تماس اصطکاکی،. این مدل ها فقط به عنوان یک مدل پیش فرض بوده و بصورت یک الگو قبل از فرایند FSW پیش روی اپراتور قرار داده می شود (30-29). Colegroue و Shercliff (49) حول ابزار هندسی FSW جریان مواد را شکل دادند که با استفاده دو کد دینامیکی، سیالیت مواد را می تواند به هر شکل که بواسطه چرخش پین در می آید راهی کند. یک مدل لغزان در جاهایی که ماده تحت تاثیر تنش برشی قرار میگ یرد تعبیه شده است. دوبعد از شکل دهی در نتیجه تحقیقات بدست آمده که بیان می شود: اول: رفتار جریان به دست آمده توسط مدل لغزشی بطور قابل ملاحظه ای از آن رفتاری که جریان از رفتار جریان به دست آمده توسط فرضیات پایداری مواد، متفاوت است. مدل لغزشی در مورد جریان دارای ختلافات واضح و مهمی نسبت به ابزار هندسی شکل دارد که با مدل متداول مورد استفاده اصلاً قابل رویت نیست. دوم: ناحیه تغییر شکل داده شد در مدل لغزشی در قسمت جلوی کار خیلی کوچکتر از عقب کار است. سوم: ماده در مسیر پین اطراف قسمت پشت ابزار را جارو می کند. این خصیصه مدل از آزمایشات انجام شده توسط London و همکارانش در مورد پیشب ینی جریان حمایت می شود (34-3) و Guerra و همکارانش (31) چهارم: در یک خط جوش مواد در قسمت عقب ابزار برآمده شده و در هنگامی که پین به جلو حرکت می کند مواد پشت سر آن نیز حرکت رو به جلو دارند. لازمه این کار این است که یک شاخص را در محل جوش قرار دهیم که آزمایشات آن توسط Reynold و همکارانش انجام شد (30-29). Smith و همکارانش (50) و Bendzosk و Smith (51) یک مدل جریان مکانیکی – حرارتی را گسترش دادند (STIR-30) . اصل و قاعده مکانیزم سیال در این مدل کاربرد دارد. این فرض می شود که اتلاف انرژی گرمای گرانروی به عنوان یک عامل مخالف برای گرمای اصطکاکی به کار می رود. این مدل در شکل هندسی ابزار نوع آلیاژ، سرعت دوران ابزار، وضعیت ابزار وسرعت سیر ابزار به عنوان ورودی و حدس نمای جریان ساده، بارگذاری های فرایند، و نمای حرارتی استفاده می شود. این فرض می شد که 3 رژیم واقعاً متفاوت در زیر بازوی ابزار وجود دارد. الف) یک ناحیه که زیر بازو قرار دارد و چرخش سریع دارد که باعث می شود جریان در مسیر چرخش انتقال یابد ب) یک ناحیه کهدر آن مادهدر پشت چرخش ابزار Extrud شده که در جهت حرکت پین این اتفاق رخ می دهد. ج ) ناحیه ای که بین این نواحی رفت و آمد می کند. د) ناحیه ای که رفار آشفته ای دارد. Askari و همکارانش (52) یک کد CTH را طراحی کردند (58) که یک کد سه بعدی دارد و قادر به حل معادلات زماندر مکانیزم های مستمر و ترمودینامیک می باشد. این مدل زمینه های مختلفی را از جمله، کرنش، نرخ کرنش و دمای توزیع را پیش بینی می کند. صحت این مدل توسط روش شاخص های نشانگر که در قبلاً ذکر شد اثبات شده است (34-3) Jata , Goetz (35) یک کد FEM دو بعدی را مورد استفاده قرار دادند De Form (59) جریان ماده را در FSW آلیاژهای 1100 AL و Ti- 6 AL- 4V ، نمای غیر همدما نشان می دهد که جریان ماده متمرکز شده شدید همانند جریان ماده ای است که در FSW رخ می دهد. حرکت نقاط ماده در این نما نشان می دهد که ماده حول ابزار از یک جناح به جناح دیگر جریان می یابد و جوش شکل می گیرد. این نماها، پیش بینی می کند که نرخ کرنش 12-2 و کرنش 5-2 در ناحیه های جریان متمرکز شده وجود دارد. Sewart و همکارانش دو مدل را برای فرایندهای FSW پیشنهاد کردند: مدل ناحیه اختلاط مدل تک لغزشی سطحی مدل ناحیه اختلاط فرض می کند که فلز در ناحیه پلاستیک به صورت گردابی جریان پیدا می کند تحت یک سرعت زاویه ای ابزار در سطح مشترک بین ابزار و فلز و سرعت زاویه ای در لبه ناحیه پلاستیک به صفر می رسد. در مدل تک لغزشی سطحی، لغزش چرخشی اصلی در یک سطح قراردادی لغزش خارج سطح مشترک ابزار و قطعه کار اتفاق می افتد. اخیراٌ Arbgast (57) نظر داد که پیامد زیر ساختار و نمای جریان فلز جوش اصطکاکی متلاطم دقیقاً شبیه زیر ساختار گرمکاری شده گونه Extrusion آلومینیوم و آهنگری است. بنابراین فرایند FSW مثل یک فرایند فلز کاری است که شباهتهای رایج آنها در 5 عبارت معرفی می کنیم: پیش گرم تغییر شکل داخلی Extrusion آهنگری پیش گرم – خنک کردن (شکل 10) در ناحیه پیش گرم بالای ین افزایش دما به دلیل حرارت اصطکاکی که بواسطه چرخش ابزار بوجود می آید که سبب تغییر شکل ماده می شود. مشخصات گرمایی ماده و سرعت عبور ابزار، مقدار و نرخ حرارت این ناحیه را تحت تاثیر قرار می دهد. در هنگامی که ابزار به سمت جلو حرکت می کند، دمای ماده تا ناحیه بحرانی بالا می رود و تغییر شکل داخلی صورت می گیرد، بزرگ تنش از استرس جریان بحرانی ماده تجاوز می کند و در نتیجه ماده جریان پیدا می کند. ماده در این ناحیه تحت نیروی هر دوی : حرکت به سوی بالای ناحیه بازو و حرکت رو به پایین در ناحیه Extrusion قرار می گیرد ( شکل 10) . یک مقدار ماده در ناحیه مارپیچ قسمت زیرین کت پین، جایی که حرکت گردابی در آنجا صورت می گیرد، گیر می افتد. در ناحیه Extrusion با یک عنصر متناهی، مواد از جلوی پین تا عقب پین جریان می یابند. یک همدمای بحرانی در هر طرف عرض ناحیه Extrusion را مشخص می کند که بزرگی تنش و دمای موثر روی جریان ماده هستند. پیوری ناحیه ExtrusionT ناحیه آهنگری ای می باشد که ماده از جلوی ابزار به حفره ایجاد شده توسط به جلو رفتن پین تحت شرایط فشار هیدرواستاتیک فرستاده می شود. بازوی ابزار به جلوگیری کردن از ورود مواد در این حفره کمک می کند و همچنین یک نیروی آهنگری رو به پایین را به کار می برد. ماده از ناحیه بازو در طول اتصال به کندی از قسمت عقب به جلو حرکت می کند. پشت ناحیه آهنگری ناحیه پس گرم یا خنک کننده ای وجود دارد که ماده به دلیل ساکن بودن یا شرایط سرمای اجباری خنک می شوند. Arbgast (57) یک یافته ساده را گسترش داد که مدلسازی جریان ماده ناحیه Extriusion یک تعادل همگانی را مورد بررسی قرارد که نسبت مستقیم با شکل هندسی ابزار، پارامترهای عملیات و تنشهای جریان موادی که می خواهند متصل شوند داشت. این نشان می داد که دمای حساب شده، عرض ناحیه Extrusion ، نرخ کرنش، فشار Extrusion با مشاهدات آزمایشگاهی سازگار است. بطور خلاصه، جریان ماده حین FSW پیچیده می شود. استنتاج فرایند تغیری شکل محدود می شود. این مهم است که بدانید عمال های موثر زیادی وجود دارد که در جریان ماده تحت فرایند FSW دخیل باشند. از عامل ها شکل هندسی ابزار (طرح پین و بازو نسبت ابعاد آنها) پارامترهای جوشکاری ( نرخ دوران ابزار و مسیر آن به طور مثلا، ساعتگرد یا پادساعتگرد، سرعت پیشروی، عمق فرو رونده، زاویه دوک) نوع ماده، دمای قطعه کار و غیره .این خیلی شبیه جریان مواد درونی دکمه جوش حین FSW است که شامل فرایندهای متعدد جداگانه تغییر شکل است. توزیع دما FSW در نتیجه تغییر شکل شدید پلاستیک حول ابزار دوار و اصطکاک بین ابزار و قطعه کار است. هر دویاین عوامل در افزایش دمای درونی و اطراف ناحیه متلاطم دخالت دارند. چون توزیع دمای داخلی و اطراف منطقه متلاطم شده تاثیر مستقیم روی ریز ساختار جوش ، مثل اندازه دانه، خصوصیات مرزدانه، انحلال رسوب، نتیجه مشخصات مکانیکی جوش، دارد حساب کردن دمای بوجود آمده در حین FSW مهم است که فهمیده شود. به هر حال ابعاد دمای داخلی منطقه متلاطم شده به دلیل تغییر شکل پلاستیک شدید ایجاد شده توسط گردش و برگدراندن ابزار تفاوت زیادی دارد. بنابراین بیشتری دمای داخلی منطقه متلاطم شده در حین FSW یا از ریز ساختار جوش تخمین زده می شود یا توسط فروبردن ترموکوبل در منطقه مجاور پین چرخان تخمین زده می شود (63-61 و 41) یک تحقیق در مورد تکامل ریز ساختار در 7075 AL- T651 در طول FSW توسط Rhodes و همکارانش (4) انحلال رسوب های بزرگتر و رسوب مجدد در وسط جوش را نشان می دهد. بنابراین، آنها منعقد کردند که بیشترین دمای فرایند بین 400 تا 480 درجه سانتیگراد در یک 7075 AL-T651 FSW بالا می رود. اخیراً SATO و همکارانش (61) در مورد تکامل ریز ساختار 6063 AL در طول FSW مطالعه کردند که با استفاده از انتقال الکترونهای میکروسکوپی صورت میگیرد. (TEM) آنها گزارش دادند که رسوبات درونی منطقه جوش (0-8.5mm از وسط جوش) در آلومینیوم اصلی کاملاً حل می شود. با تبدیل ریز ساختارهای دلیره حرارتی جوش نشان داده شده در بیشینه دماهای مختلف، آنها منعقد کردند که مناطق 0-8.5mm ، T0,12.5 و 15 میلی متر فاصله از وسط جوش اصطکاکی متلاطم داشته و تا دمای بالاتر از 402 و 353 و 302 درجه سانتیگراد و پایین تر از 201 درجه سانتیگراد تغییر می کنند. این دما برای بالا بردن دمای حلال برای رسوبهای سخت شده در 7075 AL- T651 قابل قبول می باشد. بر پایه این پیامد دمای داخلی منطقه متلاطم حدود 457 درجه سانتیگراد است. به هر حال بیشترین دمای داخلی منطقه متلاطم باید کمتر از نقطه ذوب 7075-AL باشد چون هیچ گواهی جهت ذوب ماده در جوش مشاهده نشد (41-4). اخیراً Tang و همکارانش کوشش را در مورد اندازه گیری دمای ورودی و توزیع دمای داخلی جوش اصطکاکی متلاطم با فروکردن ترموکوبل در مناطق جوش داده شده 6061-AL-T6 ورقهای آلومیوم با ضخامت 4/6 میلی متر در فاصله های مختلف از درز جوش کردند و از آن طرف قطعه کار در آوردند. سه عمق سوراخ (76/4 و 18/3 و 59/1 میلی متر) برای اندازه گیری دما تعبیه شده است. آنها گزارش کردند که ترموکپل در وسط جوش توسط پین حین جوشکاری خراب نشده است. اما وضعیتها به دلیل جریان پلاستیک با مواد بالای پین تغییر کردند. (62). شکل 12 تفاوت دامنه دما را دور شدن از خط جوش را نشان می دهد. 3 نتیجه مهم از این نمودار می توان گرفت: بیشترین اندازه دما از وسط جوش بدست آمده و با افزایش فاصله از وسط جوش اندازه دما کاهش می یابد. در یک نرخ دوران پین (400 دور در دقیقه) و سرعت حرکت 122 میلی متر بر دقیقه یک اندازه دمای 450 درجه سانتیگراد در یک چهارم وسط جوش مشاهده شد. یک ناحیه همدما حدود 4 میلی متر از خط مرکزی جوش قراردارد. اندازه گرادیان دما در مسیر ضخامت اتصال جوش شده خیلی کوچک است. این نشان می دهد که توزیع دما درونی منطقه متلاطم تقریباً یک پارچه می باشد. Tang و همکارانش در مورد تاثیر فشار جوش و نرخ دوران ابزار روی دمای زمینه ناحیه جوش تحقیق نمودند این گزارش شد که افزایش هر دور نرخ دوران ابزار و فشار جوش منتج به افزایش در دمای جوش می شود. شکل 13 نشان می دهد که تاثیر نرخ دوران ابزار روی اندازه دما مثل یک عملکرد فاصله از مرکز جوش می باشند. صراحتاً درون منطقه جوش اندازه دما حدود 40 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. با افزایشنرخ دوران ابزار از 300 تا 650 دور در دقیقه در حالیکه دمای جوش فقط 20 درجه سانتیگراد افزای می یابد ( وقتی که نرخ دوران ابزار 650 تا 1000 دور در دقیقه افزایش می یابد) به طور مثال افزایش نرخ دما افزایش می یابد نرخ دوران ابزار بیشتر می شود. علاوه بر این Tang و همکارانش (62) در مورد تاثیر بار ورودی درجه حرارت منطقه توسط استفاده در ابزار با و بدون پین تحقیق کردند. بازو تولید حرارت را حین fsw تحت تسلط خود دارد ( شکل 14) و به حقیقت اینکه منطقه تماس و فشار عمودی بین بازو و قطعه کار بیشتر از بین پین و قطعه کار است و بازو سرعت خطی بیشتری نسبت به پین با شعاع کوچکتر دارد پی بردند (62). علاوه بر آن Tang و همکارانش (62) نشان دادند که ترموکپل های قرار داده شده در فاصله های مناسب از درز جوش اما در جهت های روبروی جوش هیچ تفاوت دمایی را نشان نمی دهند. همچنین Kwon و همکارانش (63) ، Sator و همکارانش Hashimoto و بالا رفتن دمای در منطقه جوش را فرو کردن ترموکپل ها در مناطق حوالی دوران پین اندازه گرفتند. Kown و همکارانش (63) گزارش دادند که در FSW 1050 AL اندازه دما در منطقه FSP به طور خطی از 190 تا 310 درجه سانتیگراد افزایش پیدا می کند که با افزایش نرخ دوران از 6560 تا 1840 دور در دقیقه و یک سرعت حرکت ثابت 155 میلیمتر بر دقیقه نسبت مستقیم دارد. یک تحقیقی را Sato و همکارانش انجام دادند که نشان می دهد FSW 6063 AL اندازه دمای چرخه حرارتی FSW به صورت شدیدی افزایش می یابد و با افزایش نرخ دوران ابزار از 800 به 2000 دور در دقیقه و در یک سرعت حرکت ثابت 360 میلی متر در دقیقه نسبت مستقیم دارد. به هر حال این قرمزی به تدریج با افزایش نرخ دوران از 2000 تا 3600 دور در دقیقه افزایش می یابد. اندازه دمای بزرگتراز 500 درجه سانتیگراد از نرخ بالایچرخش افزار 2600 دور در دقیقه به دست می آید. Hashimoto و همکارانش گزارش دادند که اندازه دما در منطقه جوش با افزایش نرخ دوران ابزار / سرعت پیشروی برای FSW 5083 AL- T6 , 5083 AL-O , 7075 AL-T6 افزایش می یابد. ( شکل 15). یک اندازه دمای بیشتر از 550 درجه سانیتگراد FSW 5083 AL-0 در یک نسبت نرخ دوران ابزار به سرعت پیشروی مشاهده شد. در یک تحقیق اخیر یک مدل جریان حرارتی سه بعدی عددی برای جوشکاری اصطکاکی متلاطم آلیاژ آلومینوم سختی پذیر توسط Frigaad و همکارانش توسعه یافت. معدل حرارت ورودی و زمان برطبق مدل آنها (10 تا فاصله بگذار ) است. که نیروی خالص (W) ، M ضربت اصطکاک، P فشار (Pa)، W سرعت دوران ابزار ( دور برثانیه) R شعاع ابزار است Frigand (m) و همکارانش این نظر را که نرخ دوران ابزار و شعاع بازو فرایند اصلی متغیر در FSW است و فشار P نمی تواند از تنش جریان واقعی مواد دردمای انجام عملیات تجاوز کند اگر که یک جوش سالم بدون افت و حفره را خواهان باشیم. مدل فرایند درو حول منطقه FSW با ترموکپل اندازه گیری می شود. 7108 AL- T79 , 6082 AL-T6-FSW با یک نرخ دوران ابزار 1500 دور در دقیقه و نیروی ثابت جوشکاری 7000 نیوتن در سه سرعت پیشرفت جوشکاری 300 ، 400 و 720 میلی متر بر دقیقه انجام شد. آنها 3 نتیجه مهم را بدست آوردند: 1 - اندازه دمای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد در منطقه FSW ثبت شد. 2- اندازه دمای با افزایش سرعت پیشروی از 300 تا 720 میلی متر بر دقیقه کاهش می یابد. 3- مدل جریان حرارتی سه بعدی عددی یک الگوی زمان – حرارت که از روی آزمایشات بدست آمده را معرفی می کند. مدل حرارتی سه عبدی بر پایه آنالیزهای عناصر متناهی توسط CHO و Qi (70) Khandkar و khan (71) تاثیر پارامترهای fsw روی دما قبلاً توسط Hartly , Arbegas آزمایش شد (72). آنها معدل بیشترین دمای روی ورق آلومینوم 35/6 میلی متری را اندازه گرفتند. به این نتیجه رسیدند که برای آلیاژهای آلومینیوم متعدد یک نسبت کلی بین بیشترین دمای جوشکاری و پارامترهای FSW می تواند عبارت زیر بیان شود. توان X از اندازه 04/0 تا


دسته‌بندی نشده

سایت ما حاوی حجم عظیمی از مقالات دانشگاهی است . فقط بخشی از آن در این صفحه درج شده شما می توانید از گزینه جستجو متن های دیگری از این موضوع را ببینید 

کلمه کلیدی را وارد کنید :

دسته بندی: دسته‌بندی نشده

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

مطالب مرتبط

دسته‌بندی نشده

3 (1140)

واژه «شطرنج»تلفظ فارسی «چاتورانگا » است کلمه ای که در زبان سانسکریت برای نام گذاری این بازی به کار برده می شود،جایی که معمولاً از آن به عنوان نخستین زادگاه این بازی یاد می شود. اگر ادامه مطلب…

دسته‌بندی نشده

3 (1141)

بررسی تاریخ شناخت تاریخچه و علل پیدایش شهر شهر نیشابور مانند سایر شهرهای استان خراسان جزء اولین مراکز مسکونی است که اقوام آریایی پس از ورود به ایران در آن سکنی گزیدند. خراسان قدیم به ادامه مطلب…

دسته‌بندی نشده

3 (1142)

بنام خدا سازمان صنایع کوچک و شهرکهای صنعتی ایران شرکت شهرکهای صنعتی مازندران معاونت صنایع کوچک طرح امکان سنجی "پارچه بافی" پاییز 85 فهرست مطالب فصل اول بررسی بازار مطالعه و شناخت محصول...............................................................................................................................4 عوامل موثردر ادامه مطلب…

background