بهينه‌سازي چند هدفه جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي با استفاده از روش طراحي تاگوچي، سطح پاسخ و الگوريتم ازدحام ذره

The Multi-Objective Optimization of the Friction Stir Welding using the Taguchi Design Method, the Response Surface Model and the Particle Swarm Algorithm

روش جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي اولين بار در سال 1991 ميلادي توسط مؤسسه جوشكاري بريتانيا به‌عنوان روش اتصال حالت جامد ابداع و براي جوشكاري آلياژهاي آلومينيوم به‌كار گرفته ‌شد. اين روش، بازدهي انرژي بالا و سازگاري خوبي با محيط زيست دارد. در مجموع، فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي مناسب فلزاتي است كه نقطه ذوب پايين داشته و جوشكاري ذوبي آن‌ها كيفيت مطلوبي ندارد. در اين پژوهش بهينه‌سازي چند هدفه خواص مكانيكي در جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي آلياژ آلومينيوم AH12 1050 با استفاده از تركيب روش‌هاي سطح پاسخ و بهينه­ سازي چند هدفه ازدحام ذره انجام شده است. همچنين، براي طراحي آزمايش از روش تاگوچي استفاده شده است. در اين روش متغيرهايي از جمله قطر پين ابزار، قطر شانه، سرعت دوراني، سرعت پيشروي و زاويه انحراف به‌عنوان متغيرهاي فرآيند و 3 متغير استحكام نهايي، چقرمگي و سختي در منطقه متاثر از حرارت و كار مكانيكي به‌عنوان توابع هدف انتخاب شده­اند. علاوه بر اين تمام بررسي‌ها بر روي دو نوع پين استوآن‌هاي رزوه‌دار و مخروطي ساده و به‌صورت آزمايشگاهي انجام شده است. در نهايت نتايج بهينه‌سازي و دقت حداقل 93% پيش‌بيني نشان‌دهنده انطباق خوب مدل پيش­بيني كننده سطح پاسخ و آزمايش مي ­باشد.

The friction stir welding method was first developed in 1991 at the British Welding Institute as a solid-state bonding method and employed for welding aluminum alloys. This method has high energy efficiency and good compatibility with the environment. In general, the frictional stir welding process is suitable for metals with a low melting point, whose melting welding is not of good quality. In this research, multi-objective optimization of the mechanical properties in the friction welding of AH12 1050 aluminum alloy has been performed experimentally using a combination of response surface methods and multi-objective particle swarm optimization. The Taguchi method has also been utilized to design experiments with two types of threaded cylindrical and simple tapered pins. Pin diameter, shoulder diameter, tool rotational speed, tool feed, and tool deviation angle are selected as the process variables. Specimen strength, toughness, and hardness are considered as objective functions. The optimization results and a prediction accuracy of more than 93%, show a good agreement between the surface prediction model and the experiments despite the complexity of the process.