بهینه سازی عوامل موثر بر اتصال لب به لب ورق های مس و آلومینیوم به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

اتصال باکیفیت دو فلز غیر هم جنس مس و آلومینیوم به لحاظ کاربرد گسترده ای که در صنایع الکتریکی و نیروگاهی دارد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از طرفی تفاوت در بعضی از خواص مهم این دو فلز مانع از دستیابی به یک اتصال سالم با استفاده از روش های مختلف جوشکاری ذوبی می شود. از این رو توجه بیشتر محققین در سال های اخیر روی اتصال این دو فلز با استفاده از روش های جوشکاری حالت جامد همچون جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (fsw) معطوف شده است. در همین راستا پژوهش های فراوانی در زمینۀ اتصال مس و آلومینیوم به روش fsw انجام گرفته است. نکتۀ حائز اهمیت در همۀ این تحقیقات آن است که هیچ گزارشی مبنی بر بررسی هندسۀ پین ابزار به عنوان یک پارامتر مؤثر بر کیفیت نهایی جوش مس- آلومنیوم به دست نیامده است. از این رو نوآوری این پژوهش بررسی تأثیر هندسۀ پین بر میزان سلامت و استحکام کشش نهایی (uts) جوش لب به لب ورق های غیر هم جنس مس خالص و آلوممینیوم 1050 با ضخامتmm 3 بود. در ابتدا سعی شد با به کارگیری پارامترهای بهینۀ فرآیند که در تحقیقات قبلی عمدتاً به صورت سعی و خطا حاصل شده، اتصال سالمی بین دو فلز برقرار گردد. در این تحقیق از سرعت چرخشی ثابت rpm 1000 و فروروی شانۀ ابزار به میزان mm 5/0 استفاده شد و سایر پارامترها نظیر سرعت پیشروی، زاویۀ انحراف، موقعیت قرارگیری فلزات پایه در سمت پیشرو یا پسرو، هندسۀ پین و انحراف ابزار به سمت هر یک از فلزات پایه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد با ایجاد زاویۀ انحراف °2 و قرارگیری مس در سمت پیشرو، اتصالات سالمی در همۀ سرعت های پیشروی 20، 40 و 80 میلی متر بر دقیقه حاصل می شود. همچنین از میان اتصالات ایجادشده با سه نوع هندسۀ پین مربعی، شش ضلعی و دایره ای وقتی که پین ابزار دقیقاً در وسط محل تلاقی دو فلز قرار گرفت، بیشترین و کمترین uts جوش در همة سرعت های پیشروی، به ترتیب به اتصالات حاصل از ابزارهای با پین مربعی و دایره ای تعلق داشت. این در حالی است که بهترین جوش با استحکامی در حدود %76 فلز آلومینیوم پایه، در شرایط انحراف پین مربعی به سمت مس با سرعت پیشرویmm/min 40 حاصل شد. مشاهدات ریزساختاری از مقاطع عرضی جوش ها که توسط میکروسکپ نوری (om) انجام گرفت، نشان داد علی رغم آن که در همۀ جوش ها به علت وجود عیوب حفره ای ریز، شکست از منطقۀ اختلاطی رخ داد اما در اتصال حاصل از انحراف ابزار به سمت مس، شکست از منطقۀ متأثر از حرارت (haz) فلز آلومینیوم اتقاق افتاد که کمترین میزان سختی را در مقایسه با سایر مناطق جوش داشت. نتایج تحلیل عنصری نیز که توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مجهز به طیف سنج پراش انرژی (eds) پرتو ایکس انجام گرفت، نشان داد ترکیبات بین فلزی (imcs) موجود در منطقۀ جوش این اتصال، احتمالاً alcu و al4cu9 است.