دانشکده فنی مهندسی

گروه آموزشی مکانیک

 

پایان­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

 

عنوان:

 

مطالعه‎ی تجربی رفتار خستگی نمونه‎های آلومینیومی غیر مشابه جوش‎کاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی بر اساس روش تاگوچی

 

استاد راهنما:

دکتر عباس فدایی

 

اساتید ممتحن:

دکتر رحمن سیفی

دکتر هاشم مظاهری

 

 نگارش:

حسین رسولی

 

زمان :

چهارشنبه 23 خرداد 1397، ساعت 10

مکان:

آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

 

 

Bu-Ali Sina University

 

Faculty of engineering

Department of Mechanical Engineering

 

Thesis Submitted for Master of Science in Mechanical Engineering-Applied Design

 

 

Title

 

Experimental study of fatigue behavior of aluminum dissimilar friction stir welding method based on the Taguchi method

 

 

Supervisor:

Abas Fadaei (Ph. D)

 

 

Examiners:

Rahman Seifi (Ph. D)

Hashem Mazaheri (Ph. D)

 

 

 

By:

Hossein Rasooli

 

 

Time:

Wednesday, June 13th of 2018, 10AM

 

Place:

Amphitheater Engineering Faculty

 

 

چكيده:

دشواری‎هایی که برای ایجاد جوش‎های استحکام بالا، مقاوم در مقابل خستگی و شکست در آلیاژهای مورد استفاده در صنایع هوافضا مانند آلیاژهای سری 2000 و 7000 دشوار است، به طوری که موجب شده است که نتوان در سطح گسترده از جوش‎کاری برای اتصال سازه‎های فضایی استفاده کرد. این آلیاژهای آلومینیوم به علت ساختار ضعیف پس از انجماد و تخلخل در حوضچه جوش اصولاً به عنوان آلیاژهای غیر قابل جوش‎کاری شناخته می‎شوند. علاوه بر این کاهش خواص مکانیکی در این اتصالات نسبت به فلز پایه بسیار چشمگیر است. این پارامترها موجب می‎شود که جوش‎کاری این آلیاژها به وسیله روش‎های ذوبی کمتر صورت گیرد. جوش‎کاری مقاومتی برای برخی از آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده قرار می‎گیرد، که در این موارد نیز آماده‎سازی سطوح جوش‎کاری بسیار پر هزینه و وقت‎گیر می‎باشد. در این پژوهش فرایند جوش‎کاری اصطکاکی اغتشاشی برای اتصال  آلیاژهای 7075 و 2024 انجام گرفت. این نوع جوش‎کاری، نوعی از جوش‎کاری حالت جامد است که مشکلات حاصل از جوش‎کاری ذوبی را مرتفع می‎سازد. مزایای ویژه این فرآیند سبب استفاده گسترده از آن در صنعت شده است. در این پژوهش تأثیر پارامترهای سرعت چرخشی، سرعت پیشروی، زاویه ابزار و تعداد پاس جوش بر عمر خستگی اتصالات بررسی شد. هر کدام از این پارامترها در سه سطح مورد بررسی قرار گرفتند. با استفاده از روش تاگوچی، تعداد آزمایشات و نحوه انجام آزمایشات مشخص شد و بر حسب آن آزمایشات انجام گرفتند. در نهایت عمر خستگی هر نمونه اندازه‎گیری شد و بر اساس این نتایج، تحلیل تاگوچی جهت یافتن شرایط بهینه انجام گرفت. شرایط بهینه در سرعت چرخشی RPM1000، سرعت پیشروی mm/min40، زاویه ابزار سه درجه و تعداد دو پاس رخ داد و مقدار عمر خستگی اتصال جوش با این شرایط به طور متوسط برابر cycle35787 بود. این در حالی است که تحلیل انجام شده، عمر خستگی در این شرایط را  cycle36659 نشان داد. در این مطالعه علاوه بر عمر خستگی، پروفیل سختی در مقطع عرضی جوش بررسی شد. با بررسی نمودارهای پروفیل میکروسختی مشخص شد که شکل این پروفیل‎ها بسیار به تعداد پاس جوش وابسته است، به گونه‎ای که پروفیل‎های به دست آمده در جوش‎های تک پاس با جوش‎های دو و سه پاس با هم متفاوت بودند. در تمامی اتصالات، سختی اندازه‌‎گیری شده در طول جوش از فلزات پایه کمتر بود. در جوش‎های دو پاس، یک روند مشخصی برای پروفیل میکروسختی تشخیص داده نشد. اما در جوش‎های تک و سه پاس، پروفیل‎های میکروسختی تقریباً W شکل بودند. کاهش سختی در ناحیه HAZ و TMAZ به دلیل افزایش رسوبات بین دانه‎ای است. همچنین افزایش سختی در ناحیه دکمه به دلیل جوانه زنی مجدد دانه‎ها به شکلی ریزتر و مناسب‎تر می‎باشد.

 

واژه­های کلیدی: خستگی، جوش‎کاری اصطکاکی اغتشاشی، روش تاگوچی، جوش‎کاری آلومینیوم

 

Abstract:

                 It is difficult to create high strength, fatigue resistance and fracture toughness welds in alloys which used in the aerospace industry, such as the 2xxx and 7xxx series alloys so that isn’t possible to use it in a wide range of welding to join space structures. These aluminum alloys are generally known as non-weldable alloys due to their poorly structure after solidification and porosity in the weld part. In addition, the mechanical properties of these joints are significantly lower than the base metal. These parameters cause welding of these alloys are done less than fusion methods. Resistant welds are used for some aluminum alloys, but in these cases surface preparing for welding are so costly and wasting time. In this study, friction stir welding process was used to join dissimilar 7075 and 2024 alloys. This welding is a type of solid state welding that eliminates the problems caused by fusion welding. the special benefits of this process cause the widespeard using of this method in industry. In this study, the effects of rotation speed, feed rate, tilt angle and weld passes on fatigue life of joints were investigated. Each of these parameters was examined at three levels. By using the Taguchi method, the number of tests and form of the tests were determined and tests were carried out. Finally, the fatigue life of each sample was measured and, based on these results, Taguchi analysis was performed to find optimal conditions. Optimal condition was occurrenced at 1000RPM in rotation speed, 40mm/min in feed rate, tilt angle of 3° and double weld passes and the fatigue life of the welding joint with these conditions was 35877 cycles in average. However, the fatigue life in these conditions was calculated in 36659 cycles by Taguchi method. In this study, in addition to fatigue life, the hardness profiles in the transverse section of the weld were investigated. By examining the microhardness profiles, it was found that these profiles depend on the number of passes, so that the profiles obtained in single-pass welds were different with double-pass and triple-pass welds. In all joints, the hardness measured during welding was lower than the base metals. In double-pass welds, a definite specification for the microhardness profile was not detected. But in single-pass and triple-pass welds, the microhardness profiles were about W-shaped. Reducing hardness in the HAZ and TMAZ regions is due to increased intergranular deposits. Also, increasing the hardness in the Nugget region is due to grain size reduction.

 

Key Words: Fatigue life, Friction stir welding(FSW), Welding of aluminium alloys, Taguchi method