ﺍﺛﺮ ﺳﺮﻋﺖ ﭼﺮﺧﺸﯽ ﺍﺑﺰﺍﺭ ﺩﺭ ﺍﺗﺼﺎﻝ ﺍﺻﻄﮑﺎﮐﯽ ﻧﻘﻄﻪﺍي ﺁﻟﻮﻣﻴﻨﻴﻮﻡ/ﭘﻠﻴﻤﺮ

Effect of tool rotational speed on friction spot joining of aluminum/polymer

در اين پژوهش، يك فرآيند جديد جوشكاري اصطكاكي نقطه‌اي به نام "جوشكاري اصطكاكي نقطه‌اي با سوراخ رزوه‌دار"، براي اتصال ورق‌هاي آلومينيوم و پلي‌پروپيلن تقويت شده با الياف كوتاه كربن معرفي شده است. در اين روش، اتصال بر اساس پر شدن مجدد سوراخ رزوه‌دار بر روي ورق فلزي توسط مذاب پليمر انجام مي‌گيرد. مكانيزم‌هاي اتصال با استفاده از مطالعات ماكرو و ميكروسكوپي مورد بررسي قرار گرفت. همچنين، اثر سرعت چرخشي ابزار بر استحكام و انرژي شكست اتصال در دو آزمون كشش-برش و كشش متقاطع ارزيابي شد. نتايج نشان مي‌دهند كه سوراخ ايجاد شده به طور كامل توسط مذاب پليمر پر مي‌شود. تشكيل لايه‌ي واكنشي متشكل از عناصر Al، C و O و همچنين ايجاد قفل مكانيكي بين ديواره‌ي سوراخ رزوه‌دار و پليمر منجمد شده در داخل سوراخ، از عوامل موثر بر استحكام اتصال هستند. بيشترين استحكام برشي اتصال حدود 80 درصد استحكام ورق كامپوزيت پليمري بدست آمد. استحكام و انرژي شكست اتصال با افزايش سرعت چرخشي ابزار افزايش يافت كه دليل آن با مطالعه سطح شكست اتصال و تغييرات سختي پليمر منجمد شده در داخل سوراخ مشخص گرديد.

In this work, a new friction spot welding process called “Threaded Hole Friction Spot Welding” was introduced to join aluminum and short-carbon-fiber-reinforced polypropylene composite sheets. The new process was based on the filling of the pre-threaded hole on the metallic sheet by the melted polymer. Mechanisms of bonding were investigated using macro/micro structural investigation of the joints. The effects of the tool rotational speed on the mechanical strength and fracture energy of the joints were also studied. The results showed that the hole is completely filled with the melted polymer. Formation of a reaction layer composed mostly of Al, C and O as well as mechanical locking between the threaded hole and the re-solidified polymer inside the hole was effective on the joint strength. Maximum shear-tensile strength of the joints reached to ~80 percent of the strength of the polymeric composite sheet. Moreover, strength and fracture energy of the joints increased with enhancement of the tool rotational speed. Variation of the joint strength was explored in light of the fracture surface features as well as the hardness of the re-solidified polymer inside the hole.