اتصال قطعات آلومینیومی یکی از فرایندهای اصلی در بسیاری از صنایع از قبیل اتومبیل سازی، هوانوردی، دریایی و نظامی است و همواره نقشی اساسی در پیشرفت این صنایع داشته است. آلیاژ آلومینیوم 6061 به دلیل قابلیت عملیات حرارتی و دارا بودن محدوده وسیعی از خواص مکانیکی و خوردگی، به علاوه خواص معمول آلیاژهای آلومینیوم مانند نقطه ذوب پایین و نسبت استحکام به وزن بالا، یکی از مهمترین آلیاژهای مورد توجه صنایع می باشد. در این بین جوشکاری ذوبی این آلیاژ به علت مشکلات ناشی از ایجاد حوضچه مذاب مانند ترک های انجمادی و افت استحکام ناشی از حل شدن کامل رسوبات ناحیه جوش با چالش هایی روبرو است. روش جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی (fsw) یکی از روش هایی است که به منظور رفع این مشکلات ابداع شده است. البته در این روش نیز با توجه به گرمای ایجاد شده ناشی از تماس یک پین چرخان با ناحیه اتصال و شانه دستگاه با سطح، ممکن است مشکلات جدیدی ناشی از تبلور مجدد سریع و رشد غیرمعمول دانه ها، حل شدن رسوبات و کاهش خواص ناشی از سختی رسوبی مانند استحکام و تنش تسلیم بروز کند. در این تحقیق برای اولین بار و با استفاده از ریختن دوغاب نیمه جامد از جنس فلز پایه در محل اتصال زیرلایه، به بررسی اثرات کاهش حرارت ورودی به زیرلایه در فرایند جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی متعاقب، کاهش سرعت چرخش ابزار و افزایش سرعت پیمایش و لذا کاهش افت سختی و افزایش استحکام در ناحیه جوش پرداخته شد. جهت تولید دوغاب نیمه جامد، یک سطح شیب دار مینیاتوری با خواص سرد کنندگی مذاب و با دبی بسیار پایین طراحی و ساخته شد. در ادامه و با مشخص کردن عوامل موثر بر ریزساختار دوغاب نیمه جامد نهایی مانند طول و زاویه سطح شیب دار، نرخ ریخته گری و دمای فوق ذوب، بررسی های ریزساختاری با استفاده از مطالعات میکروسکوپ نوری و میکروسختی سنجی انجام گردید. سپس به کمک طراحی آزمایش فاکتوریل دو سطحی، پس از تعیین درصد تاثیر هر عامل بر خواص نهایی، رابطه ریاضی مربوط به هر پاسخ توسعه داده شده و شرایط ایجاد بهترین ریزساختار از لحاظ میزان کرویت، اندازه دانه و سختی تعیین شد. بر این اساس، نرخ ریخته گری 2/1 میلی لیتر بر ثانیه، زاویه سطح °40، دمای فوق ذوب °c10 و طول سطح 5 سانتی متر به عنوان شرایط بهینه تولید دوغاب نیمه جامد تعیین گردید. در ادامه و با جریان یافتن دوغاب تولیدی به درون درز جوش به عنوان ماده پر کننده، بلافاصله جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جهت اتصال آلیاژ صورت گرفت. نواحی مختلف ریزساختاری آلیاژ اتصال یافته شامل فلز پایه، ناحیه متاثر از حرارت، ناحیه متاثر از گرما- کار و فلز جوش مورد مطالعه توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی قرار گرفتند. همچنین سختی و استحکام تسلیم اتصالات حاصله با نمونه های مرجع مقایسه شد. مطالعات ریزساختاری و مکانیکی بر اتصالات حاصله به روش های fsw و هیبریدی fsw/نیمه جامد حاکی از آن است که شدت تغییرات سختی در روش هیبریدی کاهش یافته و میزان سختی در ناحیه جوش با مقادیر مربوط به فلز پایه اختلاف کمتری دارد. همچنین ریزساختار ناحیه جوش به ریزساختار فوق ریزدانه نزدیک شده و میزان استحکام تسلیم و درصد ازدیاد طول نسبت به نمونه جوشکاری شده به روش fsw به ترتیب تا مقادیر mpa 53 و 88/8% بهبود یافته است. دلیل افزایش درصد ازدیاد طول را می توان در کاهش اثر رسوبات در ناحیه جوش نسبت به نمونه جوشکاری شده به روش fsw دانست که توسط ریز شدن دانه ها در اثر افزایش محل های مناسب برای تبلور مجدد ثانویه جبران شده است.

تنش های پس ماند در بسیاری از سازه ها و قطعات تولیدی به جود می آیند. پژوهش های بسیاری در خصوص چنین پدیده ای صورت گرفته تا تاثیر آن را بر روی خواص مکانیکی قطعات مطالعه کنند. در طول زمان روش های مختلفی توسعه یافته اند تا تنش های پس ماند را در قطعات مختلف و با ارزیابی مطمئن به دست آورند. اندازه گیری های غیرمخرب تنش باقی مانده جهت بهینه سازی طراحی سازه ها و کنترل استحکام مکانیکی آن ها بسیار مهم است. متاسفانه روش مطمئنی که بدون تخریب بتواند نتیجه کاملاً راضی-کننده ای در نمایش تنش های داخلی جوش ارایه دهد، وجود ندارد. نوع ماده، هندسه، کیفیت سطح، هزینه و دقت اندازه گیری برخی از پارامترهایی هستند که باید در انتخاب یک روش استاندارد لحاظ شوند. از این رو توسعه روش هایی مانند پراش اشعه x ، کرنش-سنجی سوراخ کاری و امواج فراصوت اجتناب ناپذیر است. اندازه گیری تنش توسط امواج فراصوتی روشی غیرمخرب، آسان و به نسبت قابل قبولی ارزان است که اخیراً در تعدادی از کاربردهای صنعتی رواج یافته است. روش فراصوت یکی از اقتصادی ترین روش های اندازه گیری است که می توان از آن در محیط های صنعتی بهره برد. این روش در مقایسه با دیگر روش های غیر مخرب نظیر پراش اشعه x و پراش اشعه نوترون بسیار سریعتر است و در عین حال نیازی به آزمایشگاه پیشرفته ندارد. اخیراً استفاده از موج طولی شکست یافته بحرانی در مقالات بسیاری به عنوان روش اندازه گیری تنش های باقی مانده مورد پژوهش قرار گرفته است. در این پروژه پس از مطالعه تئوری، روش اندازه گیری موج طولی شکست یافته بحرانی در مقاطع جوش تخت اعمال می شود. رهیافت تاگوچی به عنوان روش طراحی آزمایش آماری جهت بهینه سازی چهار پارامتر جوش پالسی در کمینه نمودن تنش های پس ماند طولی در فولاد 304 زنگ نزن آستنیتی به کار گرفته شده است. این پارامترها جریان پالس، جریان زمینه، درصد زمان پالس و فرکانس پالس هستند که در سه سطح مختلف و تحت آرایه متعامد l9 تاگوچی به کار می روند. پس از جوش کاری و اندازه گیری تنش با روش موج طولی شکست یافته بحرانی ، تنش های بیشینه در خط مرکزی مقاطع جوش گزارش شدند. این تنش های بیشینه کششی نسبت مستقیمی با گرمای ورودی قوس جوش داشتند. بنابراین مشخص شد که حرارت ورودی معیار مهمی در تحلیل تنش های پس-ماند است. تحلیل واریانس بر روی داده های اندازه گیری شده حاصل از نرخ های سیگنال به نویز انجام گرفته است. شرایط بهینه به دست آمده در کمترین سطح جریان پالس، جریان زمینه و درصد زمان پالس به دست آمد در حالی بیشترین سطح فرکانس باید منظور شود. با توجه به نتایج حاصل از تحلیل تاگوچی در این پایان نامه، جریان زمینه موثرترین پارامتر در تنش های پس ماند شناخته شده است. جریان پالس عامل مهم بعدی بوده و درصد زمان پالس هم در جایگاه سوم قرار دارد. فرکانس پالس نیز آخرین پارامتر موثر بوده است. میانگین این درصدها برای جریان زمینه، جریان پالس، درصد زمان پالس و فرکانس پالس در ارتفاع های اندازه گیری شده 5/1 و 3 میلیمتر از سطح به ترتیب 57% ، 29% ، 7/17% و 6/1% هستند. در نتیجه روش تاگوچی به عنوان روش پیشنهادی برای به دست آوردن شرایط بهینه در چنین مطالعاتی توصیه می شود

هدف از انجام این تحقیق توسعه پوشش¬های کامپوزیتی جدید بر پایه سیستمco-w-si بوده که مقاومت به اکسیداسیون مناسبی در دماهای بالا داشته باشد. در این راستا، ابتدا، پودر نانوکامپوزیتی co(ss)/cowsi-wsi2 به روش آلیاژسازی مکانیکی و عملیات حرارتی تولید شد. پودر به دست آمده روی زیرلایه نیکلی نشانده شد و از روش روکش¬کاری لیزری برای امتزاج آن با زیر لایه استفاده شد. پارامترهای مختلف فرایند روکش¬کاری لیزری مورد مطالعه قرار گرفته و پارامترهای بهینه ایجاد پوشش با میزان امتزاج نیکل کمتر از 15 درصد در پوشش تعیین شد. پس از بهینه¬سازی پارامترهایی همچون توان متوسط پرتو، سرعت روبش و میزان روی هم¬افتادگی، ریزساختار و سختی در راستای عمق پوشش ارزیابی شد. جهت تعیین مقاومت به اکسیداسیون، پوشش مذکور تحت اکسیداسیون سیکلی در سه دمای ºc 900، ºc 1100و ºc 1300 قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از 20 ساعت آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری co 25-w35-si ، فاز wsi2 و پس از 50 ساعت، فاز cowsi تشکیل شد. عملیات حرارتی برای دستیابی به پودرهای پایدار روی مخلوط پودری 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی شده به مدت 4 ساعت و دمای ºc 1100 انجام شده و نانوکامپوزیت co(ss)/cowsi-wsi2 تولید شد. پودر تولید شده با ضخامت mm1روی سطح نمونه نیکلی قرار داده شده و پارامترهای روکش¬کاری شامل سرعت روبش mm.s-1 5/2، توان w450 و میزان روی هم¬افتادگی 50% به عنوان پارامترهای بهینه لیزر تعیین شد. پس از روکش¬کاری پودر حاصله، بررسی فازی نشان داد استفاده از پودرهای پایدار شده سبب ایجاد پوشش co(ss)/cowsi-wsi2 شده است. ریزساختار پوشش متراکم و بدون حفره و ترک بوده و به دلیل وجود تغییرات گرادیان حرارتی و غلظتی در حین انجماد از سه ناحیه مختلف با ساختارهای هم¬محور، دندریتی و هم¬محور تشکیل شده است. ریزسختی سنجی پوشش نشان داد که سختی سطحیhv 950 بوده و در راستای عمق پوشش به طور یکنواخت به مقدار 80% سختی سطح در فصل مشترک می¬رسد. نتایج آزمایش¬ اکسیداسیون سیکلی پوشش بیانگر مکانیزم نفوذ-کنترل در هر سه دمای اکسیداسیون بود. در دمای ºc 900، لایه اکسیدی متراکم و بدون حفره و ترک بوده و عمدتا از ترکیب آمورف sio2 تشکیل شده است؛ در حالی که در دمای ºc 1100 لایه اکسیدی ضخیم¬تر شده و مخلوطی از اکسیدهای تنگستن، کبالت و سیلیسیوم بود. این لایه نیز متراکم و بدون تخلخل بوده و به خوبی پوشش را محافظت می¬کند. در دمای ºc 1300، دو لایه روی سطح تشکیل شد؛ لایه خارجی غنی از sio2 و لایه داخلی غنی از تنگستن و کبالت با مقدار اکسیژن بسیار ناچیز است. در مراحل اولیه اکسیداسیون در این دما اکسیدهای فلزی در کنار sio2، فازهای اسپینلی مختلفی تشکیل دادند. این ترکیبات به دلیل شوک حرارتی و عدم انطباق با زمینه غنی از sio2، خرد شده و از سطح جدا شدند. با گذشت زمان، لایه¬ای غنی از sio2 روی تمام سطح تشکیل شده و سرعت اکسیداسیون را شدیدا کاهش داد. با توجه به نتایج به دست آمده به نظر می¬رسد در هر سه دما، نفوذ به داخل اکسیژن مرحله کنترل¬کننده واکنش اکسیداسیون پوشش می¬باشد.

با توجه به تحقیقات وسیعی که در دنیا بر روی روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام شده است و وجود مزایا و اهمیت به سزای این روش در اتصال قطعات هم جنس و غیر همجنس و امکان بدست آوردن کیفیت جوش به مراتب بالاتر از روش های جوشکاری ذوبی، این روش از اهمیت بالایی برخوردار شده است. تکنیک های جدیدی مانند استفاده از لیزر و آلتراسونیک جهت افزایش و برطرف نمودن مشکلات روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و بسط دامنه کاربرد آن استفاده شده است. استفاده از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دوسرعته که در آن امکان تنظیم سرعت دورانی پین و شانه به طور مجزا وجود دارد می تواند موجب بهبود کیفیت شرایط جوشکاری شود. در این تحقیق طراحی و ساخت دستگاه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دوسرعته به طور موفقیت آمیزی (برای اولین بار در ایران) انجام شده است و جهت اتصال ورق های نازک آلومینیومی بکار گرفته شده است. تاثیر سرعت های دورانی پین و شانه به طور مستقل بر روی خواص مکانیکی و متالورژیکی مانند استحکام، اندازه دانه ها، هندسه منطقه تغییر شکل و ... به طور عمیق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعات انجام گرفته نشان داده است که با کنترل مستقل سرعت های پین و شانه امکان تنظیم دمای منتقل شده به قطعه کار و میزان اغتشاش در منطقه جوش وجود دارد. به دنبال تلاش های تجربی انجام شده در این تحقیق، مدلی تئوری ریاضی بر مبنای انرژی جهت تخمین دمای بیشینه در فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارائه شده است. مدل موجود با استفاده از بهبود و بسط روابط مربوط به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی متداول بدست آمده است و نتایج مدل ارائه شده با مدل های پیشین و نتایج تجربی منتشر شده، مقایسه شده است. در ادامه با استفاده از یک روش ابتکاری، به صورت ترکیب فرایندهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و نورد سرد، ساخت نمونه ورق های ترکیبی با ضخامت های بسیار نازک در حدود 70 میکرون انجام شده است و پارامترهای موثر در فرایندهای ترکیبی استفاده شده جهت دستیابی به نمونه بدون عیب مورد بررسی قرار گرفته است.

دراین پژوهش ریزاتصال¬های حاصل از پرتوهای پرانرژی بر وروق¬های فوق¬نازک feco-v مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. آلیاژهای feco-v علاوه بر داشتن مغناطش اشباع بسیار بالا، دارای خواص جذابی چون دمای کوری بالا، نفوذپذیری مغناطیسی خوب، چگالی شار مغناطیسی بسیار عالی و به ویژه انعطاف¬پذیری بسیار عالی می¬باشند. این آلیاژها در اثر عملیات حرارتی و تحمیل چرخه¬های گرم و سرد شدن مختلف، دستخوش استحاله¬های گوناگون از قبیل استحاله¬های آلوتروپیک، منظم شدن و رسوب¬گذاری ذرات فاز دوم می¬شوند که هر یک از این استحاله¬ها خواص مکانیکی و فیزیکی آلیاژ را با تغییرات زیادی روبرو می¬کند،که بعضا نامطلوب و ناخواسته هستند. با توجه به استحاله¬های متعددی که در آلیاژهای مذکور رخ می¬دهد، و همچنین لزوم استفاده از آنها به صورت ورق¬های فوق¬نازک با هدف به حداقل رساندن اتلافات ناشی از جریان¬های گردابی، جوشکاری آنها با چالش¬های گسترده¬ای از قبیل تغییرات نامطلوب خواص مکانیکی و فیزیکی و ترک خوردن انجمادی روبرو می¬باشد. مطالعات نشان می¬دهد که اتصال این آلیاژ توسط فرایندهای پیشرفته جوشکاری نظیر جوشکاری توسط پرتوهای پرانرژی، می¬تواند تغییرات مضر و ناخواسته خواص را به حداقل برساند. در این پژوهش، اثر فرایندهای جوشکاری توسط پرتوهای پرانرژی بر تغییرات ریزساختاری، مشخصه¬های مرزدانه، خواص مغناطیسی و مکانیکی در مناطق مختلف اتصال با هدف ارتقای کیفیت اتصال و بهینه¬سازی خواص مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، فویل¬هایی با ضخامت 50 میکرومتر توسط دستگاه جوشکاری لیزر ضربانی nd:yag و دستگاه جوشکاری پرتو الکترونی به یکدیگر جوش داده شدند. به منظور مطالعه تحولات ریزساختاری، بازرسی سطوح مهره جوش و همچنین شکست¬نگاری مقاطع شکست اتصالات از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به تفنگ نشر میدانی (fesem) استفاده شد. به علاوه، در این پژوهش از آنالیز تفرق الکترون¬های برگشتی (ebsd) به منظور انجام مطالعات فازی، ویژگی¬های مرزدانه و تحلیل تنش در مناطق محتلف اتصال بهره گرفته شد. جهت تعیین مولفه¬های بافت و بررسی استحاله¬های فازی با هدف تفسیر برخی از تحولات مربوط به خواص مغناطیسی و مکانیکی و همچنین ارزیابی خواص مغناطیسی نواحی مختلف اتصال به ترتیب از آنالیزهای پراش پرتو ایکس (xrd) و مغناطومتری نمونه ارتعاشی (vsm) استفاده شد. آزمون کشش نیز جهت ارزیابی استحکام شکست فویل¬های جوشکاری شده مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آنالیز ebsd نشان می¬دهد که میانگین کسر مرزدانه¬های ویژه در فلز پایه در حدود 94/3% بوده که این مقدار در مرکز فلز جوش نمونه¬های جوشکاری شده توسط پرتو لیزر و پرتو الکترونی به ترتیب به حدود 25/14% و 49/11% افزایش می¬یابد. دلایل مختلفی برای افزایش کسر مرزدانه-های ویژه پیشنهاد می¬شود که تغییر شکل سریع در اثر ایجاد تنش¬های پسماند از مهم¬ترین آنها می¬باشد

ساختار میکروسکپی و خواص مکانیکی جوش های اصطکاکی ‏‎ti6al4v/(wc-co)‎‏ بدون لایه میانی و با استفاده از لایه میانی نیکل با ضخامت های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی جوش های اصطکاکی ‏‎ti6al4v/(wc-co)‎‏بدون لایه میانی و با استفاده از لایه های میانی نیکل با ضخامت های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. ریز ساختار منطقه مجاور جوش در نمونه تیتانیمی در کلیه حالتها متشکل از فریت سوزنی و هم محور همراه با فاز بتا بوده و در کلیه نمونه ها نفوذ متقابل عناصر در یکدیگر رخ داده است. استحکام شکست جوش های اصطکاکی ‏‎ti6al4v/(wc-co) با افزایش درصد کبالت موجود در زمینه کاربید تنگستن - کبالت بطور برجسته ای افزایش می یابد استحکام شکست جوش های اصطکاکی ‏‎ti6al4v/wc-6 wt.% co‎‏ ضعیف بوده و وقتی از 20 ‏‎um*‎‏ لایه میانی نیکل قبل از جوشکاری استفاده شود بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد این نتیجه فقط در صورتی بدست می آید که لایه میانی قبل از جوشکاری بر سطح کاربید تنگستن - کبالت ایجاد شده باشد. در مورد اتصالات ‏‎ti6al4v/wc - 11 wt.%co‎‏ و ‏‎ti6al4v/wc-24 wt.%co‎‏ استفاده از 20 ‏‎um*‎‏ لایه میانی نیکل قبل از جوشکاری سبب بهبود خواص استحکام اتصالات نشده است زیرا لایه های نازک نیکل قبل از جوشکاری بر سطح نمونه های کاربید تنگستن - کبالت ‏‎wc-11 wt.%co‎‏ و ‏‎wc-24 wt.%co‎‏ می توان خواص مکانیکی جوش های اصطکاکی ‏‎ti6al4v‎‏ با این نوع کاربید تنگستن -کبالت را بهبود بخشید در طی آزمایش خمش جوش های ‏‎ti6al4v/wc -6wt.%co‎‏ ترک در قسمت محیطی فصل مشترک اتصال جوانه زده و به سمت زمینه کاربید تنگستن - کبالت رشد می کند در حالیکه در جوش های ‏‎ti6al4v/wc - 11 wt.%co‎‏ و ‏‎ti6al4v/wc-24 wt.%co‎‏ پس از جوانه زنی ترک در قسمت محیطی موضع اتصال ترک در فصل مشترک رشد می کند. در مورد همین نوع اتصالات در صورتی که از لایه میانی نیکل قبل از جوشکاری استفاده شود ، ترک در فصل مشترک اتصال جوانه زده و رشد می کند.