بررسي اثر سرعت ابزار بر سختي و تنش پسماند در جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي آلياژ آلومينيوم 2024-T351 با روش تجربي و شبيه‌سازي عددي

Toolʹʹs Speed effect on hardness and residual stress in friction stir welded Al 2024-T351: Experimental method and Numerical simulation

در اين تحقيق، ساختار ميكروسكوپي، سختي سطحي و تنش پسماند در ورق‌هاي آلياژ آلومينيوم 2024-T351 كه به روش جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي و با سرعت‌هاي دوراني و پيشروي متفاوت ابزار، به صورت لب به لب به يكديگر متصل شده‌اند، مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به اين كه آلياژ آلومينيوم 2024-T351 داراي قابليت عمليات حرارتي است، نتايج آزمون سختي نمونه‌ها نشان مي‌دهد افزايش سرعت دوراني و يا كاهش سرعت پيشروي ابزار، سختي را در ناحيه جوشكاري، كاهش مي‌دهد. با استفاده از روش استاندارد پراش اشعه ايكس، كه يك روش غير مخرب است، تنش‌هاي پسماند در نمونه‌هاي جوشكاري شده، اندازه‌گيري شده است. شبيه‌سازي اجزا محدود فرايند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي با روش مدل حرارتي و محاسبه حرارت توليدي در حين جوشكاري، در نرم افزار آباكوس انجام گرفته است. مقايسه مقادير تنش‌هاي پسماند حاصل از حل عددي با اندازه‌گيري‌هاي تجربي نشان مي‌دهد، مدل عددي مي‌تواند پيش‌بيني قابل قبولي از ميدان تنش پسماند در اتصالات جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي ارايه دهد. بررسي نتايج تنش‌هاي پسماند نشان مي دهد، با افزايش سرعت دوراني و پيشروي ابزار، مقادير تنش در ناحيه جوشكاري شده افزايش مي يابد؛ كه علت آن بالا رفتن گراديان حرارتي در اثر افزايش سرعت دوراني، و كاهش افت سختي و مقاومت بيش‌تر در برابر تغيير شكل پلاستيك با افزايش سرعت پيشروي ابزار است.

In this study, microstructure, microhardness and residual stress in the butt jointed friction stir welded aluminum alloy 2024-T351 plates with different tool’s rotational and traverse speed is studied. According to the 2024-T351 aluminum is a heat treatable alloy, Hardness test results showed that increasing rotational speed or decreasing traverse speed of the tool reduced hardness in the weld zone. Then, using standard X-ray diffraction, which is a non-destructive method, residual stress in the welded samples is determined.A thermal model of friction stir welding process is simulated by using finite element method in the ABAQUS software. Comparison of residual stress results that obtained from the numerical solution with experimental measurements show that, the numerical model can predict the residual stress fields in friction stir welding joints reasonably. The results show that, increasing rotational speed, cause to higher residual stress in the weld zone, due to generation the higher thermal gradient and also, The higher tool traverse speed will induce a greater high-stress zone with a higher stress value in the weld, because of, a lower heat input and result in the relatively harder metal in the weld zone, causes a greater resistance to the plastic extrusion.