شبيه‌سازي المان محدود پديده تبلور مجدد ديناميكي و بررسي عوامل مؤثر بر آن در جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي آلياژ آلومينيوم AA-2024

Finite element simulation of dynamic recrystallization phenomenon and evaluation of effective factors in friction stir welding in AA-2024 aluminum alloy

در پژوهش حاضر تغييرات اندازه دانه و نحوه توزيع دانه‌ها و اثر عوامل مختلف از جمله ضريب اصطكاك، سرعت چرخشي ابزار، سرعت خطي ابزار، نرخ سرد شدن، هندسه ابزار و عمق نفوذ ابزار بر ميزان تغييرات دما و اندازه دانه در حين فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي ورق آلياژي آلومينيوم 2024-AA با ضخامت 8/7 ميليمتر بررسي شده است. به منظور شبيه‌سازي مدل اجزاي محدود جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي از نرم‌افزار D3 DEFORM استفاده شده است. ابزار به‌صورت جسم صلب و ورق به ‌صورت يك ماده پلاستيك قابل تغييرفرم در نظر گرفته شده است. ضريب اصطكاك بين ورق و تمامي سطوح كه با ورق در تماس هستند برابر فرض شده‌اند. به‌منظور صحه‌سنجي، مقايسه‌اي بين داده‌هاي شبيه‌سازي با نتايج تجربي انجام شده است. اثر عوامل مؤثر بر دماي حاصل از جوشكاري و ميزان تغييرات اندازه دانه در مقطع عرضي خط جوش مورد بحث و بررسي قرار گرفته‌اند. از بين متغيرهاي مورد مطالعه، افزايش نرخ سردكنندگي و سرعت خطي ابزار موجب كاهش دما و اندازه دانه شده و با افزايش ساير متغيرها، دما و اندازه دانه افزايش مي‌يابند. نتايج نشان مي‌دهند كه با روش ارائه شده در اين مقاله مي‌توان پيش‌بيني دقيقي از اثر تغييرات متغير موثر بر دما و اندازه دانه بدست آورد. در ادامه از اين نتايج مي‌توان براي تعيين شرايط مطلوب انجام فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي استفاده كرد.

In this research, grain size variation and grain distribution and the effect of different factors such as friction, tool rotational speed, linear velocity of the tool, cooling rate, tool geometry and tool penetration depth on the temperature change and grain size during the friction stir welding process of the aluminum alloy Al-2024 sheet with a thickness of 7.8 mm has been investigated. In order to simulate the model of finite element friction stir welding, the Deform 3D software has been used. The tool is a rigid body and a sheet is considered as a formable plastic material. In order to validate, a comparison between simulation data and experimental results was performed. The effect of effective factors on the temperature of the welding and the amount of grain size variation in the cross section of the weld line have been discussed. Among the variables studied, increasing the cooling rate and the linear velocity of the tool reduce the temperature and grain size, and increase the temperature and grain size with increasing other variables. The results show that with the method presented in this paper, precise prediction of the effect of variation of the variables affecting temperature and grain size can be obtained. In the following, these results can be used to determine the optimum conditions for the friction stir welding process.