علی شیرازی

علی شیرازی


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

پایاننامه برای دریافت درجه دکتری تخصصی (Ph.D.) در رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی



عنوان:


بررسی خواص مکانيکي جوش‌هاي اغتشاشي اصطکاکي بر روي فلز مس در شرايط مختلف و مقايسه آن‌ها با خواص فلز پايه

 

استاد راهنما:

دکتر علی علوی‌نیا

 

اساتید داور (خارجی):

دکتر علی پورکمالی

دکتر سعید فعلی

 

داور داخلی:

دکتر غلامحسین مجذوبی



نگارش:

علی شیرازی



آمفی‌تئاتر دانشکده مهندسی

29/06/95 ساعت 11


چكيده:

      جوشکاري اغتشاشي اصطکاکی يکي از روش‌هاي جديد اتصال قطعات به يکديگر است که در صنایع مختلفی از جمله هوا-فضا و خودروسازی کاربرد فراوانی دارد. اين روش براي بسياري از مواد از جمله مس قابل استفاده است. در این شیوه جوشکاری، گرمای ناشی از اصطکاک و جریان خمیری ناشی از حرکت ابزار گردان، تغییرات قابل توجهی در ریزساختار قطعهکار به وجود می‌آورند که منجر به تغییر موضعی خواص مکانیکی جوش می‌شود. در تحقيق حاضر، با انجام آزمایشهای متعدد، اثر پارامتر‌های مختلف جوشکاري مشتمل بر سرعت‌هاي دوراني و جابه‌جايي ابزار و نیز تعداد پاسهای جوشکاری و در واقع ميزان گرماي منتقل شده در حين جوشکاري، بر روي خواص مکانيکي و ريزساختاري ورق‌هاي مسي بررسي شد. همچنین، ریزساختار نواحی مختلف جوش‌ها نیز به کمک میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی بررسی گردید. با انجام اين تحقيق روشن شد که هر چه گرماي منتقل شده به قطعه‌کار در حين انجام فرآيند جوشکاري کمتر باشد، جوش‌هاي حاصل خواص بهتري خواهند داشت، که اين مسئله استفاده از خنک‌کاري در اين تحقيق را به خوبي توجيه مي‌کند. در همه حالت‌های چهارگانه جوشکاري در اين تحقيق، شامل جوشکاری با سرعتهای دورانی و جابهجایی مختلف و نیز دو پاس جوشکاری، ضعيف‌ترين ناحيه جوش، ناحيه متأثر از گرما بود. به عنوان نمونه استحکام تسلیم در این ناحیه در سرعت دورانی rpm710، حدود 6/22 درصد و استحکام نهایی کششی آن 29 درصد نسبت به ماده پایه تنزل پیدا کرد.

      این تحقیق نشان داد که انتقال گرما به قطعه‌کار سبب رشد دانه‌ها در نواحی مختلف جوش شده و می‌تواند سبب شود که نرخ رشد ترک خستگی در ناحیه متأثر از گرما به طور میانگین برای های (تغییرات ضریب شدت تنش بحرانی) مختلف تا حدود 2/4 برابر ماده پایه افزایش یابد. در مقابل، وقوع دانه‌بندی مجدد دینامیکی در ناحیه اغتشاشی و ریز و هممحور شدن دانه‌ها در این ناحیه، مقاومت به رشد ترک خستگی را می‌تواند تا 9 برابر مقاومت ماده پایه افزایش دهد. نتيجه ديگر اين که با افزايش تعداد پاس‌هاي جوشکاري، اگرچه خواص ناحيه اغتشاشي بهبود یافت، اما خواص ضعيف‌ترين ناحيه آن يعني ناحيه متأثر از گرما تنزل پیدا کرد.

      به علاوه، تاریخچه دما توسط رابطه فریگاد و به روش عددی برای نقطه‌ای خاص از ورق‌های مسی که با شرایط مختلف جوش‌کاری به یکدیگر متصل شدند، تعیین و با نتایج تجربی مقایسه گردید که همخوانی خوبی میان نتایج تجربی و عددی مشاهده شد. علاوه بر آن میدان دما نیز برای هر یک از شرایط جوش‌کاری و در هر لحظه تعیین شد. با انجام این تحقیق روشن شد که تغییر سرعت جابجایی عمدتاً بر روی میزان گرمای منتقل شده اثر می‌گذارد و تغییر در سرعت دورانی به طور محسوسی دمای فرآیند را تغییر می‌دهد.

واژه­‌های کلیدی: جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی، مس، خواص مکانیکی، ریزساختار، تاریخچه دما.
 

Abstract:

       Friction Stir Welding method is one of the new methods used in joining materials which is widely used in different industries including the automobile and aerospace. This method can be used for various types of materials such as copper. In this welding method, the heat generated by friction and plastic flow make significant changes in the microstructure of the materials which leads to local changes in the mechanical properties of the weld. In this study, using many experiments, the effect of various welding parameters such as different rotational and traverse speeds of the tool and the effect of number of welding passes, and in fact, the amount of the heat transferred within welding on the microstructural and mechanical properties was investigated. Also the microstructure of different zones of welds was investigated using optic and scanning electron microscopies. By doing this study, it became clear that the less the heat transferred to the workpiece during the welding process, the better properties the resulting welds will have, which well justifies the use of cooling in this study. Among all welding conditions mentioned in this study, including various rotational and traverse speeds and two welding passes, the weakest welding zone was found to be the heat-affected zone. For example, the yield strength in this zone at the rotational speed of 710 rpm, was reduced by about 22.6% and its ultimate tensile strength by 29% compared to the base material.

      This study showed that transferring heat to workpiece, causes the growth of grains in various zones and can cause the fatigue crack growth rate in heat affected zone to increase averagely about 4.2 times the base material for different ∆K (critical stress intensity factor range). In contrast, the occurrence of dynamic recrystallization in the stir zone as well as fragmentizing and alignment of grains in this zone can increase the resistance to fatigue crack growth up to 9-fold the resistance of the base material. The another result of this study was that although the properties of the stir zone improved due to the increasing number of weld passes, the properties of its weakest zone, the heat-affected zone, was reduced.

      In addition, thermal history has been determined for parts of copper sheets connected together under various welding conditions by Frigaad relation and numerical method. Also, the results have been compared with the experimental results that have good agreement with numerical results. Furthermore, the thermal field has also been determined for any welding conditions and at any given moment. By doing this study, it became evident that the traverse velocity change mainly affects the amount of transferred heat and change in rotational speed dramatically changes the temperature of the process.

Key Words: Friction Stir Welding, Copper, Mechanical properties, Microstructure, Thermal history.



 

سوابق فردي، علمي و اجرايي

 

 

  ggggg

 

 

علي شيرازي همداني

 

تلفن:          09127287583

Gmail: a.shirazi.h@gmail.com

 

 

  
1)  سوابق فردي

نام و نام خانوادگي: علي شيرازي همداني

تاريخ و محل تولد: 11/2/1358 - تهران

آخرين مدرك تحصيلي: كارشناسي ارشد مهندسي مكانيك، طراحي کاربردي معدل: 14/16

وضعيت فعلي: دانشجوي دکتري مهندسي مكانيك، طراحي کاربردي

 

2) سوابق علمي

تحصيلات عمومي
 
مشخصات آموزشي و تحصيلي
 

تحصيلات ديپلم :  رياضي فيزيك - معدل  90/17

تحصيلات پيش‌دانشگاهي:  رياضي فيزيك - معدل  5/17

 

 

 

 

تحصيلات كارشناسي
 
مشخصات مقطع تحصيلي
 

رشته تحصيلي، محل و سال اخذ مدرك: مهندسي مكانيك گرايش طراحي جامدات - دانشگاه رازي کرمانشاه - سال 1382

عنوان پايان‌نامه: "طراحي توربين بادي به منظور توليد برق در استان کرمانشاه "

استاد راهنما: دکتر مهرداد فروتن و دکتر حسين احمدي‌کيا

معدل: 56/13

 

 

 

تحصيلات كارشناسي ارشد
 
مشخصات مقطع تحصيلي
 

رشته تحصيلي، محل و سال اخذ مدرك: مهندسي مكانيك گرايش طراحي کاربردي - دانشگاه بوعلي‌سينا همدان- تير 1386

عنوان پايان‌نامه: "تحليل عددي و تجربي پيش‌بيني فشار ترکيدگي در شکل‌دهي تحت فشار لوله‌ها با استفاده از يک مدل خرابي"

استاد راهنما: دكتر غلامحسين مجذوبي

معدل: 14/16

 

 

 

 

تحصيلات دکتري
 
مشخصات مقطع تحصيلي
 

رشته تحصيلي و محل آن: مهندسي مكانيك گرايش طراحي کاربردي - دانشگاه بوعلي‌سينا همدان- شروع: 1/7/1389

استاد راهنما: دكتر علي علوي‌نيا

معدل: 15/18

 

 

 

 

3) سوابق تحقيقاتي
 فعاليت‌هاي تحقيقاتي
 
عنوان فعاليت‌
 

1)       بررسي اثر عمليات حرارتي (آنيل کردن) بر روي فولاد St37.

2)       بررسي سرعت و فشار جت مسي متقارن در اثر انفجار ماده منفجره براي تخريب موانع.

3)       بدست آوردن نمودار تنش-کرنش براي يک لوله (صفحه) از جنس فولاد ساختماني به کمک تست کشش بر روي نمونه استاندارد تست کشش که از جداره لوله تهيه شده است به وسيله دستگاه اينسترون.

4)       تعيين ضريب اصطکاک ميان دو جسم جامد به روش آزمون فشار حلقه به کمک نرم‌افزار Ansys و دستگاه اينسترون.

5)       بررسي فرآيند خردشدگي مواد ترد تحت بارگذاري ضربه‌اي با استفاده از يک معيار خرابي.

6)       بررسی اثر تنش پسماند بر روی افزايش عمر خستگی قطعات سوراخ‌دار و کاهش اثر تمرکز تنش.

7)       تحقيق پيرامون روش هيدرو فرمينگ در شکل‌دهی و خم‌کاری لوله‌ها

8)       بررسی خواص مکانیکی ورقهای مسی جوش داده شده به روش اغتشاشی اصطکاکی

 

 

 

 

4)  سوابق عملي
دوره‌ها
 
عنوان، محل و طول دوره
 

 1.            كارآموزي کارخانه کاشي‌سازي سامان کاشي بروجرد- به مدت يک ماه.

 2.            كارآموزي کارخانه دارو‌سازي اکسير بروجرد- به مدت يک ماه.

 

 

 

5) آشنايي با نرم‌افزارهاي مهندسي و كاربردي

 
عنوان نرم‌افزار
 

 1.     LS-DYNA

 2.     AutoCAD

 3.     Ansys

 4.     tablecurve

 5.     Maple

 6.     ANSYS

 7.     Mechanical Desktop

 

 

 

 

6) سوابق پژوهشي
تاريخ شروع طرح
عنوان طرح پژوهشي
پائيز 1389

تابستان 92

 بهبود خواص مواد با استفاده از روش ECAP (دانشگاه آزاد اسلامي- واحد تاکستان)

بررسی عددی وارونه سازی داخلی لولهها (دانشگاه آزاد اسلامی- واحد اسلامآباد غرب)

 

 

 

 

7) مقالات                                           

نوع مقاله
عنوان مقاله (ژورنال يا کنفرانس مربوطه)
ژورنالي

1- Prediction of failure in tube hydroforming process using a damage model. (Mechanical science and technology)

2- Experimental and numerical study of residual stresses caused by cold expansion of adjacent holes

3- Effects of different friction stir welding conditions on the microstructure and mechanical properties of copper plates

4- An investigation into the effect of welding parameters on fatigue crack growth rate and fracture toughness in friction stir welded copper sheets

 

 

کنفرانسي

1- A method for improving the hydroforming process of X-shape connections. (Advanced material sciences)

2- Finite Element Modeling of External Inversion and Comparison of Results with Existed Experimental and Theoretical Results

3- A comparison of finite element model of external inversion of tube with experimental results for finite element analysis of internal inversion

 

 

8) سوابق تدريس
تاريخ شروع
نام درس
11/90

 کارگاه جوشکاری و ورق‌کاری (دانشگاه بوعلی سينا همدان)

7/91

آزمايشگاه خواص مکانيکی مواد (دانشگاه بوعلی سينا همدان)

7/91

 کارگاه جوشکاری و ورق‌کاری (دانشگاه بوعلی سينا همدان)