مدلسازی حرارتی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای در ترموپلاستیک ها

امروزه مواد ترموپلاستیک در طیف گسترده ای از کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد. علی رغم قابلیت شکل پذیری و فرایند پذیری بالای این مواد، برای تولید قطعات بزرگ و یا پیچیده معمولا ناگزیر از استفاده از روش های اتصال قطعات نظیر جوشکاری هستیم. در سال های اخیر تلاش های زیادی برای بهبود روش های موجود جوشکاری و ایجاد روش های نوین صورت گرفته است. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای یکی از انواع روش های جوشکاری اصطکاکی چرخشی می باشد که از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی fsw)) مشتق شده است. فرایند fsw در بسیاری از آلیاژهای فلزی استفاده شده است و مستندات و اطلاعات خوبی در این مورد برای آنها وجود دارد. البته این اطلاعات برای مواد ترموپلاستیک بسیار ناچیز می باشد. تحقیقات نشان می دهد که سه منبع اصلی تولید حرارت در این فرآیند وجود دارد. اصطکاک شانه ابزار با قطعه کار، اصطکاک پین ابزار با قطعه کار و کار پلاستیک وجود دارد. در مدل سازی های حرارتی که برای مواد فلزی صورت می گیرد از حرارت تولیدی ناشی از اصطکاک پین با ابزار و کار پلاستیک صرف نظر می شود. علی رغم اینکه بررسی تجربی پارامتری اطلاعات مفیدی در مورد خواص مختلف مکانیکی و ساختاری جوش می دهد، ولی بررسی رفتار فرآیند و داده هایی نظیر توزیع دما و نقش حرارتی ابزار و ناحیه تحت تاثیر حرارت با آن دشوار و بسیار پر هزینه می باشد. در حالی که با استفاده از یک مدل حرارتی مناسب می توان این داده ها را استخراج کرده و حتی اطلاعات مناسبی در مورد توزیع تنش، تنش های اصلی و تنش های پسماند بدست آورد. علاوه بر آن با در دست داشتن یک مدل مناسب می توان داده های مناسبی از فرآیند قبل از انجام آزمایش به دست آورد و جوشکاری مواد دیگر را تنها با تغییر خواص و رفتار مود بررسی قرار داد. در این پژوهش جوشکاری دو پلیمر pmma و abs با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای و پارامترهای موثر بر آن به منظور بررسی شده و یک مدل سازی حرارتی از آن در شرایط بهترین استحکام جوش به دست آمده انجام شد. بدین منظور یک مدل سازی حرارتی اولیه با صرف نظر از نقش حرارتی پین انجام شد. نتایج نشان داد که ماکزیمم دمای قطعه کار در حین فرآیند زیر دمای شیشه ای شدن ماده می باشد که نشان می دهد این مدل برای جوشکاری مواد ترموپلاستیک کارامد نمی باشد. در ادامه با استفاده از یک رابطه جداگانه حرارت ناشی از پین ابزار نیز به مدل اضافه شد. نتایج توزیع حرارتی و بررسی نفوذ حرارت در قطعه نشان دهنده یک توزیع حرارتی مناسب برای انجام جوشکاری بود. در ادامه اثر پارامتر های زمان نگهداری، سرعت دورانی ابزار و نرخ نفوذ ابزار بر روی خواص مکانیکی جوش pmma با abs بررسی شد. برای انجام این کار یک ابزار بهبود یافته مجهز به یک صفحه کمکی عایق طراحی و ساخته شد. سپس برای هرکدام از پارامتر ها در سه سطح نمونه هایی تهیه شد. برای بررسی اثر پارامتر ها بر روی استحکام جوش نمونه ها تحت آزمایش برش روی هم قرار گرفتند. نتایج تست برش روی هم نشان داد که افزایش زمان نگهداری استحکام جوش را افزایش می دهد. همچنین با افزایش نرخ نفوذ ابزار استحکام جوش کاهش یافت