ارزيابي شار گرمايي در فرآيند جوشكاري اصطكاكي – اغتشاشي با روش گراديان مزدوج وارون

Heat Flux Determination of Friction Stir Welding Procedure Using Conjugate Gradient Method

اين تحقيق به مطالعه در مورد ارزيابي شار گرمايي بر حسب زمان سپري شده از فرآيند جوشكاري اصطكاكي- اغتشاشي با استفاده از روش وارون پرداخته است. روش با توجه به دخيل ­سازي اندازه­ گيري­ هاي آزمايشگاهي، نزديكي قابل توجهي به اندازه­ ي واقعي دارد. جهت تخمين هرچه دقيق­ تر شار گرمايي، فرمول تحليلي براي توليد حرارت، اعمال تغييرات خطي ويژگي­ هاي ترموفيزيكي بر حسب دما و ملاحظات مربوط به تابع لغزش در حل به روش المان محدود سه بعدي نظر گرفته شده است. براي تخمين شار گرمايي و دماي ابزار، از روش وارون گراديان وارون براي ارزيابي پارامترهاي مجهولات استفاده شد. در تعريف تابع لغزش از تقريب نمايي سرعت دوراني ماتريس استفاده گرديد و برآوردِ توليد شار گرمايي به واسطه­ ي اصطكاك و تغيير شكل پلاستيك در قطعه­ كار با ارزيابي ضريب تقريب نمايي متناظر همراه شده­ است. غالباً در فرآيند جوشكاري اصطكاكي- اغتشاشي، به منظور كاهش اعوجاج و تنش پسماند، مطلوب آن است كه هيچ نقطه‌اي از قطعه­ كار بالاتر از دماي ذوب را تجربه نكند. با توجه به اين بحث، همزمان از گاز خنك ­كار دي­ اكسيد كربن استفاده شده ­است. حل عددي مربوط به ارزيابي شار گرمايي با استفاده از روش وارون براي جوش اصطكاكي- اغتشاشي آلياژ آلومينيومي Al5052 با اندازه­ گيري­ هاي دمايي ارائه شده و پارامترهاي راهبر فرآيند به دست آمده ­است. تاثير حضور خنك­ كار بر ميدان دمايي قطعه­ كار با استفاده از حل عددي مورد بررسي قرار گرفته­ است. شار گرمايي محاسبه شده دقيق­ ترين شار گرمايي‌­ست كه شرايط دمايي اندازه ­گيري شده را ارضا كرده و پارامترهاي مشخصه ­ساز فرآيند را ارائه مي­دهد.

This study implements an inverse method for obtaining heat input during the friction welding process in terms of time, with specified sequences. Using limited experimental data leads to precise evaluation of heat generation during the process. Solution accuracy was improved by integration of analytical formulation, consideration of temperature-dependent thermophysical properties and slip definition in three-dimensional finite element model. Specifically, conjugate gradient method was used as inverse method to calculate the unknown parameters. Heat generation within sliding, sticking state was obtained using friction and slip dependence of time and deducted from exponential approximation of angular velocity of matrix. Favorable situation for friction stir welding is the case that workpiece does not experience the melting temperature. Online CO2 gas cooling flow was used to obligate the desired span of temperature. Numerical calculation of heat flux during friction stir welding of Al5052-O accompanied by cooling stage was considered and inverse method was integrated to evaluate governing parameters. Effect of cooling stage in temperature distribution of workpiece was simulated numerically. Calculated unknown parameters indicate good prediction of heat flux, which satisfy the measured temperature, and characteristic parameters of the process.