تحليل پارامترهاي فرايند جوشكاري ليزر فويل فولاد زنگ نزن توسط روش آماري رويه پاسخ به منظور اتصال صفحات دوقطبي پيل سوختي پليمري

Analysis of the laser welding parameters of stainless steel foil by statistical response surface methodology for joining PEMFC bipolar plates

در تحقيق حاضر، تاثير پارامترهاي جوشكاري ليزر پالسي Nd: YAG بدون فلز پركننده بر روي اتصال لبه روي هم فويل فولاد زنگ نزن 316L با ضخامت 100 ميكرومتر جهت كاربرد در صفحات دوقطبي پيل سوختي پليمري مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور از ابزارهاي آماري، آناليز واريانس و نمودارهاي مختلف جهت تحليل داده ها توسط روش رويه پاسخ استفاده گرديد. پارامترهاي ورودي توان قله (130 تا 650 وات) ، زمان روشني پالس (1. 5 تا 3. 5 ميلي ثانيه) و فركانس جوشكاري (14 تا 18 هرتز) در نظر گرفته شد. روش آماري مذكور به خوبي توانست، با توسعه چندجمله اي درجه? دوم، تاثير پارامترهاي جوشكاري را پيش بيني نمايد؛ به طوري كه مجموع خطا شامل خطاي تكرارپذيري و خطاي عدم تطابق براي مدل استحكام برشي، مدل بريدگي كنار جوش و مدل پرنشدگي جوش به ترتيب 2، 8 و 3 به دست آمد. مهم ترين عوامل موثر بر استحكام برشي، عيوب بريدگي كنار جوش و نفوذ ناقص تشخيص داده شد. توان ليزر اصلي ترين پارامتر در اين فرآيند برآورد گرديد و اثر آن بر استحكام برشي جوش، بريدگي كنار جوش و پرنشدگي جوش به ترتيب 64، 62 و 66 درصد محاسبه شد. در نهايت حداكثر استحكام برشي به ميزان 522 مگاپاسكال در توان قله 260 وات، زمان روشني پالس 3 ميلي ثانيه و فركانس 17 هرتز به دست آمد. در اين حالت بريدگي كنار جوش به 3 ميكرومتر رسيد.

In the present study, the effect of parameters of autogenous pulsed Nd: YAG laser welding process on the lap joint of a 316L stainless steel foil with a thickness of 100 µm to be used as bipolar plates of polymeric fuel cell was investigated. For this purpose, the statistical tools, the analysis of variance and the various diagrams were used to analyze the data by response surface methodology. The peak power (130 to 650 W), pulse durability (1.5 to 3.5 ms), and welding frequency (14 to 18 Hz) were considered as input parameters. The mentioned statistical method was able to predict the effect of welding parameters by developing second-order polynomials, so that the total error including the repeatability error and the lack of fit error for shear strength model, weld undercut model, and weld underfill model obtained 2, 8 and 3, respectively. The defects of weld undercut and lack of penetration were identified as most important factors affecting the shear strength. The laser power is as the main parameter in this process and the impact of it on the shear strength of the weld, the weld undercut and the weld underfill is calculated 64, 62 and 66%, respectively. Finally, the maximum shear strength with the value of 522 MPa is achieved at a peak power of 260 W, pulsed duration of 3 ms and welding frequency of 17 Hz. In this case, the weld undercut is determined as 3 micrometers.