بررسی استحکام برشی در جوش لبه در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 7075

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 پژوهشکده فناور یهای نو، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

استفاده روزافزون در صنایعی مانند هوافضا، اتومبیل و حمل و نقل، منجر به ساخت سازه ها و توسعه گستره ی تحقیقات در زمینه ساخت و تولید آلومینیوم و آلیاژهای آن شده است. از طرفی جوشکاری ذوبی آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل مشکلاتی که در خصوصیات فیزیکی، حرارتی و متالورژیکی قطعه نهایی ایجاد می کند، یکی از موانع بر سر راه استفاده از آلومینیوم
می باشد. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک روش غیر ذوبی است که با تولید گرمای اصطکاکی و تغییر شکل پلاستیکی در موقعیت اتصال، مزیت هایی مانند اعوجاج پایین، فقدان عیوب مربوط به ذوب و استحکام اتصال بالا را دارا می باشد. در این مقاله، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیوم AA7075-O در حالت لبه روی هم با هدف مطالعه استحکام برشی ناحیه جوش به روش المان محدود توسط دو نرم افزار دفرم و آباکوس به صورت متوالی شبیه سازی شده و به صورت تجربی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی استحکام برشی میزان اختلاف شبیه سازی با آزمون تجربی % 14 - 15 اندازه گیری شده که نشان دهنده دقت مناسب شبیه-سازی المان محدود فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است. همچنین، نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که بیشینه تنش برشی ناحیه اتصال برابر 165Mpa است که در سرعت دورانی 1250rpm ، سرعت خطی 50mm/min و زاویه انحراف 3˚ حاصل می گردد

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Shear Strength of Friction Stir Lap Welded 7075 Aluminum Alloy

نویسندگان [English]

  • H. Samarikhalaj 1
  • A. Nikbakht 2
  • M. Sadighi 1
  • S. Sheikhan 1
1 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 New Technologies Research Center, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Creating melt joints in aluminum is an obstacle in introducing this metal into structures.
This is due to the fact that fusion welding methods of aluminum leaves mechanical and metallurgical
defects in the final produced parts. Friction stir welding is a non-melting replacement fabrication method,
which creates welded joints from a semi-solid material state. In this paper, friction stir lap welding of
7075 aluminum alloy is studied both numerically and experimentally with the aim of investigating the
shear strength of the welded joint. The shear strength which is calculated by the simulation is maximum
14 to 15 % lower to the acquired experimental results, which shows that the simulation process can
appropriately be utilized to predict the shear strength of the welded joints for different cases. In addition,
the results show that the maximum shear strength is equal to 165 Mpa which is obtained for a case in
which the rotational speed is 1250 rpm, the linear speed is 50 mm/min and the tilt angle is set to 3˚.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction stir lap welding
  • Finite elements method
  • Shear Strength

مراجع

[4] W. Thomas, E. Nicholas, E. Needham J, M. Murch,P. Templesmith, C. Dawes, Patent Application No.9125978.8, (1991).
[5] C. Dawes, W. Thomas, Friction stir joining of aluminum alloys, TWI Bulletin, 6 (1995) 124-128.
[6] R. Mishra, Z. MA, Friction stir welding and processing, Materials Science and Engineering R, 50 (2005) 1-78.
[7] C. Rhodes, M. Mahoney, W. Bingel, R. Spurling, C. Bampton, Effects of friction stir welding on microstructure of 7075 aluminum, Scripta Matereriala, 36 (1997) 69-75.
[8] G. Liu, L. Murr, C. Niou, J. McClure, F. Vega, Microstructural aspects of the friction stir welding of 6061 T6 aluminum, Scripta Material, 37 (1997) 355-361.
[9] S. Benavides, Y. Li, L. Murr, D. Brown, J. McClure, Low temperature friction stir welding of 2024 aluminum, Scripta Material, 41 (1999) 809-815.
[10] K. Jata, S. Semiatin, Continuous dynamic recrystallization during friction stir welding of high strength aluminum alloys, Scripta Material, 43 (8)(2000) 743-749.
[11] G. Buffa, A. Ducato, L. Fratini, Numerical procedure for residual stresses prediction in friction stir welding, Finite Elements in Analysis and Design, 47 (2011) 470–476.
[12] M. Song, R. Kovacevic, Thermal modeling of friction stir welding in a moving coordinate system and its validation, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 43 (6) (2003) 605–615.
[13] S. Mandal, J. Rice, A. Elmustafa, Experimental and numerical investigation of the plunge stage in friction stir welding, Journal of Materials Processing Technology, 203 (2007) 411-419.
[14] Y. Chao, X. Qi, W. Teng, Heat transfer in friction stir welding, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 105 (2008) 138–45.
[15] G. Buffa, L. Fratini, S. Pasta, Residual Stresses in FSW Numerical Simulation & Experimental Verification, International Centre for Diffraction Data, 23 (2009)1097-2002.
[16] G. Buffa, G. Campanile, L. Fratini, A. Prisco, Friction stir welding of lap joints: Influence of process parameters on the metallurgical and mechanical properties, Materials Science and Engineering A, 519 (2009) 15-26.
[17] A. Sadeghi, M. Ahmadi Najafabadi, Y. Javadi, M. Mohammadisefat, Using ultrasonic waves and finite element method to evaluate through-thickness residual stresses distribution in the friction stir welding of aluminum plates, Materials & Design, 52 (2013) 870-880.
[18] G. Buffa, L. Fratini, M. Schneider, M. Merkleinb, Micro and macro mechanical characterization of friction stir welded Ti–6Al–4V lap joints through experiments and numerical simulation, Journal of Materials Processing Technology, 213 (2013) 2312– 2322.
[19] M. Mardanijoz, MSc thesis, Experimental & mathematical investigation on heat transfer in friction stir welding, MSc Thesis, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran, (2012).
[20] M. J. Mohamadi Sefat, MSc thesis, Investigation on mechanical properties of friction stir welding in high strength aluminium alloy, MSc Thesis, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran, (2013).
[21] A. Zarini, MSc thesis, Numerical and experimental analysis of distortion in friction stir welding (FSW) of aluminium sheets, MSc Thesis, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran, (2013).
[22] S. Babu, D. G. Janaki Ram, V. P. Venkitakrishnan,G. Madhusudhan, K. Prasad Rao, Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Lap Welded Aluminum Alloy AA2014, Journal of Mechanical Science and Technology, 28 (2012) 414–426.
[23] X. Xu, X. Yang, G. Zhou, J. Tong, Microstructures and fatigue properties of friction stir lap welds in aluminum alloy AA6061-T6, Materials and Design, 35 (2012) 175–183.
[24] F. Fadaeifard, K. A. Matori, M. Toozandehjani, A. R. Daud, M. Ariffin, N. Othman, F. Gharavi, A. Ramzani, F. Ostovan, Influence of rotational speed on mechanical properties of friction stir lap welded 6061-T6 Al alloy, Transactions of Nonferrous Metal Society of China, 24(2014) 1004−1011.
[25] E. Salari, M. Jahazi, A. Khodabandeh, H. Ghasemi- Nanesa, Influence of tool geometry and rotational speed on mechanical properties and defect formation in friction stir lap welded 5456 aluminum alloy sheets, Materials and Design, 58 (2014) 381–389.
[26] M. Miles, T. Nelson, B. Decker, Formability and strength of FSWed aluminum sheets, Metallurgical and Materials Transactions A, 35 (2004) 3461-3468.
[27] M. Bahrami, MSc thesis, An investigation the effect of SiC particles on mechanical properties in friction stir butt joint AA7075, MSc Thesis, Amirkabir University, Tehran, Iran, (2012).
[28] A. Sadeghi, MSc thesis, An investigation on residual stresses distribution in the friction stir welding of aluminum plates with ultrasonic waves, MSc Thesis, Amirkabir University, Tehran, Iran, (2012).
[29] G. Buffa, J. Hua, R. Shivpuri, L. Fratini, A continuum based FEM model for friction stir welding-model development, Materials Science and Engineering A, 419(2006) 389–396.
[30] Tech report, A., 2015. ASM Aerospace Specification Material Inc. ASM material sheet data, Oct 2015. http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=MA7075O
[31] K. Deplus, A. Simar, W. Van Haver, Residual stresses in aluminium alloy friction stir weld, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 56 (2006) 493-504.
[32] J. Zapata, M. Toro, D. Lopez, Residual stresses in friction stir dissimilar welding of aluminum alloys, Journal of Materials Processing Technology, 229 (2015)121-127.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 4
اسفند 1396
صفحه 863-874

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار