تحليل عددي و مطالعه تجربي فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي مطالعات موردي روي آلياژ آلومينيوم 6061 و آلياژ فولاد 1018

Numerical analysis and experimental study on friction stir welding (Case studies on aluminum alloy 6061 and steel alloy 1018)

در اين مقاله جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي آلياژ آلومينيوم به روش تحليل‌ عددي و مطالعه آزمايشگاهي مد نظر قرار گرفته ادر اين مقاله تحليل‌ عددي و مطالعه تجربي جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي مد نظر قرار گرفته است. براي حل معادلات حاكم بر رفتار مواد از روش درون‌يابي مشتق تعميم‌يافته استفاده شده است. روش حل مذكور به عنوان روش اختلاف محدود با بالاترين مرتبه شناخته مي‌شود و يكي از روش‌هاي فاقد شبكه است كه در مقايسه با روش‌هاي اختلاف محدود و اجزاء محدود سرعت همگرايي بسيار بالاتري را داراست. پس از اعتبارسنجي روش تحليل با نتايج تجربي روي آلياژ آلومينيوم، جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي قطعات فولادي مورد تحليل قرار گرفته و نتايج حاصل با نتايج منتشر شده توسط ديگران مقايسه گرديده است. تحليل‌هاي عددي نشان مي‌دهند در سرعت دوراني بالاي ابزار، فرآيند بايد به صورت سه‌بعدي تحليل شود. به منظور شناخت بهتر فرآيندهايي كه روي آلياژهاي غيرمشابه صورت مي‌پذيرد ويژگي‌هاي جوش‌كاري روي آلياژهاي آلومينيوم و فولاد به طور هم زمان مورد توجه قرار گرفته است. نتايج نشان ميدهد كه رفتار ماكروسكوپيك هر دو ماده در حين عمليات جوشكاري اغتشاشي اصطكاكي مشابه است. همچنين طيف ويسكوزيته در محدوده‌ي دماي خميري تا ذوب حاكي از سياليت بالاي فولاد است و براي جوشكاري آن مي‌توان از نسبت سرعت دوراني به سرعت خطي (ω/v) بالاتري در مقايسه با آلومينيوم استفاده نمود؛ بنابراين هنگام اتصال آلياژهاي آلومينيوم و فولاد بايد نسبت سرعت مناسب بر اساس اين موضوع تنظيم شود.

In this paper, numerical analysis and experimental study on Friction Stir Welding (FSW) is considered. Generalized Differential Quadrature (GDQ) method was used to solve the equations of the material flow during the process. This method which is known as the highest-order finite difference scheme is one of the meshless method and has a very high convergence speed respect to ordinary finite difference and finite element methods. After validating the application of this procedure with the results of experiments on aluminium alloy, friction stir welding of mild steel considered and the results compared with the published results of other researchers. Numerical analyses show that at high rotational speed of the welding tool the analysis of the process should be done in 3-dimentional framework. The results of FSW on aluminum features along with the welding results on steel ones considered in order to better understanding of the process nature of dissimilar alloys. Results of this study show that the macroscopic behavior of both materials during friction stir welding is the same. Furthermore, viscosity spectrum shows high fluidity of steel in the range of solidity to melting temperatures, so the ratio of rotational to welding speeds (𝝎/𝒗) in friction stir welding of steel work pieces could be higher which it should be mentioned whenever joining of aluminium to mild steel work pieces is planned.