سوپاپ خودروها به دلیل تفاوت شرایط دمایی و همچنین بارگذاری های مکانیکی و شرایط خوردگی متفاوت، در راستای طولی محور خود، غالبا به صورت دو تکه از فولاد های زنگ نزن آستنیتی از قبیلdin x53crmnnin219 و مارتنزیتی از قبیل din x45crsi93 ساخته می شوند. به منظور ساخت سوپاپ، در ابتدا مواد خام در طول های معین بریده شده و فولاد زنگ نزن آستنیتی تحت عملیات آهنگری گرم برای شکل گیری کله گی سوپاپ قرار می گیرد. سپس کله گی در دمای 950 درجه سانتی گراد آنیل شده و در آب سرد می شود و در نهایت توسط جوشکاری اصطکاکی به فولاد زنگ نزن مارتنزیتی متصل می گردد و مجموعه ی این دو جزء تحت عملیات حرارتی مجددی در دمای 750 درجه سانتی گراد قرار می گیرد. در این پژوهش امکان حذف عملیات آنیل950 درجه سانتی گراد بررسی شد. به بیان دیگر هدف این پروژه ادغام دو عملیات آنیل کله گی و عملیات حرارتی خط جوش در یک عملیات حرارتی و دست یابی به دمای بهینه است. به منظور مطالعه ریزساختار حاصل از هر مرحله، از میکروسکوپ نوری (om) و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. مطالعات فازی نیز توسط دستگاه xrd انجام شد. سختی نواحی مختلف اتصال به کمک دستگاه میکروسختی سنج و مشخصات مکانیکی اتصال به کمک آزمایش کشش تعیین و خواص خوردگی توسط تست خوردگی به روش اکستراپولاسیون بررسی شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که دمای 750 درجه سانتی گراد دمای بهینه عملیات حرارتی پس از فرآیند جوشکاری و آهنگری گرم است. در این دما ناهمگنی در خواص مکانیکی جوش وکله گی ازبین رفت و مقاومت به خوردگی کله گی در حد مطلوب تری نسبت به روش های پیشین قرار گرفت.

خواص متالورژیکی اتصال در جوشکاری ذوبی، به شدت تحت تاثیر ابعاد و شکل حوضچه جوش و توزیع دمای قطعه در حین فرایند می باشد. در کار حاضر، به منظور بررسی تاثیر آشفتگی بر توزیع دما و شارش سیال در حوضچه جوش مدل-سازی سه بعدی انجام شده است. مدل سه بعدی از نمونه آلیاژهای آلومینیوم خالص 1050 و فولاد زنگ نزن 304 که به روش gtaw جوشکاری شده، تهیه گردیده است. با استفاده از حل معادلات حاکم بر شارش سیال و انتقال گرما در حوضچه جوش و مناطق اطراف آن، میدان های دما و شارش سیال بدست می آید. حل معادلات با استفاده از هر دو فرض جریان آشفته و آرام و در سرعت های جوشکاری مختلف انجام گرفت. برای اعمال جریان آشفته بر مسئله، از مدل k-? استاندارد استفاده شده است. به منظور بدست آوردن مرز حوضچه جوش از تکنیک انتالپی- تخلخل کمک گرفته شده است. شرایط مرزی مناسب مسئله اعمال می گردد. اثرات نفوذپذیری شدید آشفتگی باعث کاهش در بیشینه دما و سرعت می گردد. تاثیر هر یک از نیروهای کشش سطحی، لورنتز و غوطه وری بر شارش سیال در حوضچه جوش بحث گردید. عدد رینولدز، انرژی جنبشی آشفتگی، نرخ از دست رفت آشفتگی و ویسکوزیته ی آشفته در حوضچه جوش محاسبه شد. پهنای منطقه haz و سیکل های سرد و گرم شدن قطعه بدست آمد. ازمهمترین نتایج کار حاضر، کاهش آشفتگی در حوضچه جوش با افزایش سرعت جوشکاری می باشد. همچنین، نتایج نشان می دهد که شکل و ابعاد حوضچه جوش در فرایند مذکور با استفاده از جریان آشفته در تطابق بهتری با نتایج تجربی است. نتیجه دیگر این که، استفاده از این مدل آشفته، در مورد آلیاژ آلومینیوم نتایج بهتری را نسبت به فولاد ارائه کرده است.

جهت ایجاد لایه کامپوزیتی بر سطح آلیاژ ریختگی آلومینیم a380 از فرایند قوس تنگستن تحت گاز محافظ آرگون(tig) استفاده شد. بدین منظور مخلوطی از پودرهای آلومینیم، سیلیسیم و کاربید سیلیسیم به نسبت های مختلف همراه با چسب سیلیکات سدیم به صورت خمیر پیش نشست بر سطح زیرلایه چسبانده و پس از خشک شدن تحت عملیات ذوب سطحی توسط فرایند جوشکاری tig قرار گرفت. در نتیجه یک لایه کامپوزیتی بر روی زیرلایه ایجاد گردید. جهت ارزیابی ریزساختاری لایه ایجاد شده بر زیرلایه از روش های پراش سنجی پرتو ایکس(xrd)، میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی(sem)، میکروآنالیز عنصری(eds) استفاده شد. روکش حاصل سختی سنجی شد و رفتار سایشی توسط آزمون پین روی دیسک بررسی شد. یافته های آزمایش نشان داد در روکش کامپوزیتی al-sic تا 20 درصد وزنی sic ،این ذرات در زمینه آلومینیم توزیع مناسبی داشته اما در بیشتر از مقدار فوق ترک خوردگی و اتصال نامناسب روکش و زیرلایه رخ می دهد. افزودن سیلیسیم در مخلوط پودری لایه پیش نشست منجر به افزایش سختی به دلیل حضور ذرات سیلیسیم پرویوتکتیک و درنتیجه افزایش مقاومت سایشی روکش کامپوزیتی می گردد. اعمال روکش کامپوزیتی بر سطح زیرلایه مقاومت سایشی را تا چند برابر افزایش داد. مکانیزم سایش غالب در زیرلایه بدون روکش سایش خراشان و ورقه ای و در حضور روکش مکانیزم سایش خراشان و چسبان تشخیص داده شد.

پارامترهایی همچون نرخ سرد شدن بر ریز ساختار و خواص مکانیکی ناحیه جوش تاثیر می گذارد، بررسی انتقال حرارت و جریان سیال از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. هدف این پژوهش شبیه سازی انتقال حرارت و جریان سیال حوضچه در جوشکاری های ذوبی به روش مش بهینه می باشد. بدین منظور ارزیابی دما و سرعت حین جوشکاری به وسیله مدل سه بعدی سیال مورد مطالعه می گیرد. در این مدل معادلات بقای جرم، سرعت و انرژی را با روش حجم محدود حل و از روش مش بهینه برای افزایش دقت حل متغییرها و کاهش هزینه الگوریتمی استفاده می شود. روش مش بهینه یک جعبه از مش های متراکم در نزدیکی قوس جوشکاری ایجاد می کند. در این پژوهش نیروهای شناوری و مارانگونی برای جریان یافتن مذاب در حوضچه در نظر گرفته شده است. حالت آشفته توسط مدل k-? اعمال و پارامترهای آشفتگی محاسبه گردید. فرآیند شبیه سازی با نتایج تجربی حاصل از جوشکاری قوسی الکترود تنگستنی با گاز محافظ بر روی 8 نمونه آلومینیوم خالص تجاری با سرعت و جریان جوشکاری مختلف مقایسه گردید. بررسی نتایج نشان می دهد که، مش بهینه سبب افزایش دقت حل شبیه سازی می شود و به ویژه باعث می شود که حل بهتر و دقیق تری از میدان جریان به دست آید. افزایش سرعت و یا کاهش جریان جوشکاری باعث کاهش دمای بیشینه و سرعت بیشینه می شود. دلیل این امر کاهش انرژی حرارتی ورودی با افزایش سرعت و یا کاهش جریان جوشکاری است.

در این تحقیق هدف شبیه سازی رشد دانه و تغییرات آن در ناحیه ی متأثر از حرارت (haz) جوشکاری ذوبی در آلومینیوم خالص تجاری 1050 بوده است. در این راستا با شبیه سازی حرکت منبع حرارتی روی نمونه، اثر سرعت جوشکاری و شدت جریان بر اندازه ی دانه بررسی شد. بدین منظور نمونه توسط روش اِلمان محدود و با استفاده از مش های مربعی شکل، شبکه بندی شده و به نرم افزار شبیه سازی حرارتی fluent شناسانده شد. تمامی ثوابت حرارتی برای آلیاژ مورد نظر و شرایط اولیه و مرزی به نرم افزار معرفی شد. انتقال حرارت فقط بر سطح بالایی قطعه که حوضچه روی آن حرکت می کند در نظر گرفته شد. با استفاده ازداده ی خروجی نرم افزار و کد نوشته شده به زبان matlab اندازه قطر دانه ها در نمونه ها به دست آمد. جهت بررسی صحت نتایج استخراج شده، آزمایش های تجربی با استفاده از روش جوشکاری قوسی تنگستن (gtaw) بر روی نمونه ها با سرعت جوشکاری و شدت جریان مختلف اعمال شد. جوش مورد نظر تک پاسه و با ولتاژ ثابت و نوع جریان برای جوشکاری dcen انتخاب گردید. کمترین و بیشترین مقدار اندازه دانه به ترتیب در بیشترین سرعت جوشکاری و در بیشترین شدت جریان بدست آمد. این نتیجه با تصاویر ریزساختاری به دست آمده از سطح نمونه های جوشکاری شده مطابقت داشت. شدت جریان در مقایسه با سرعت جوشکاری تأثیر بیشتری بر اندازه دانه نشان داد. تغییرات اندازه دانه در نواحی نزدیکتر به حوضچه جوش و در عمق پایین تر از سطح نمونه بیشتراست.

فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (fsw) یک فرایند جوشکاری حالت جامد بوده که در آن ذوب و انجماد اتفاق نمی افتد. امروزه از این فرایند برای ایجاد اتصالات آلیاژهای آلومینیم استفاده می شود. پارامترهای فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (fsw) نظیر سرعت چرخشی، سرعت حرکتی، قطر شانه و قطر پین تأثیر بسزایی بر استحکام کششی اتصالات دارند. در این تحقیق سعی شده که یک رابطه تجربی (مدل) برای پیش بینی استحکام اتصالات آلیاژ 6t7075 بر اساس پارامترهای سرعت چرخشی، سرعت حرکتی، قطر شانه و قطر پین ایجاد گردد که به این منظور از روش سطح پاسخ (rsm) استفاده گردید. روش سطح پاسخ مجموعه ای از فن های ریاضی و آماری است که یک رابطه تجربی (مدل) بین پارامترهای ورودی فرایند و پاسخ آن برقرار می کند که رابطه تجربی (مدل) به دست آمده در این روش به صورت یک معادله خطی درجه دوم است. به منظور کاهش تعداد آزمایش ها از طراحی آزمایش مرکب با چهار متغیر و پنج سطح استفاده گردید. جهت بررسی ریزساختاری ناحیه اتصال از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی عبوری (sem) و آنالیز حرارتی (dsc) و جهت بررسی خواص مکانیکی ناحیه اتصال از آزمون ریزسختی و کشش کمک گرفته شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد در اثر سیکل های حرارتی در حین جوشکاری رسوبات ریز ?? و مناطق gp موجود در ناحیه تحت تأثیر حرارت (haz) به رسوبات درشت ? تبدیل شده است. نمودار ریزسختی ناحیه اتصال به شکل (w) بوده و حداقل سختی به دست آمده در آزمون ریزسختی مربوط به ناحیه تحت تأثیر حرارت (haz) است. استحکام کششی اتصالات برای تمامی جوش ها کمتر از فلز پایه می باشد که ناشی از درشت شدن رسوبات در ناحیه تحت تأثیر حرارت (haz) است. ضریب همبستگی مدل به دست آمده 21/93% بوده که نشان می دهد نتایج مدل مطابقت خوبی با مقادیر واقعی دارد. مقادیر بهینه پارامترها با استفاده از مدل به دست آمده آمد و مشخص گردید که حداکثر استحکام اتصالات در سرعت چرخشی rpm 65/513، سرعت حرکتی mm/min 95، قطر شانه mm 12/16 و قطر پین mm 6 به دست خواهد آمد.

در این پژوهش مدل سه?بعدی انتقال حرارت و جریان سیال گذرا در فرآیند جوشکاری قوسی با الکترود فلزی و گاز محافظ (gmaw) مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور معادلات بقا توسط نرم افزار flow-3d و با در نظر گرفتن نیروهای شناوری و مارانگونی در حوضچه جوش، حل شده?اند. اثرات ناشی از انتقال جرم، اندازه حرکت و انرژی قطرات پرکننده به حوضچه جوش نیز مدنظر قرار گرفته?اند. جهت اعتباربخشی به مدل، نتایج حاصل از شبیه?سازی و نتایج تجربی که با سرعت?ها و جریان?های متفاوتی جوشکاری شده?اند، مقایسه شده و تطابق خوبی حاصل شده است. با حل مدل، توزیع دما و نقشه جریان سیال در زمان?های متفاوت و شرایط جوشکاری مختلف به دست آمد. مدل قادر به پیش?بینی ابعاد و شکل حوضچه جوش و تاثیر تغییر پارامترهای سرعت و جریان جوشکاری بر روی آنها می?باشد. نتایج حاصل از مدل نشان می?دهد افزایش سرعت و یا کاهش جریان جوشکاری به دلیل کاهش حرارت ورودی باعث کاهش حداکثر دما و سرعت حرکت سیال در حوضچه جوش، کاهش عرض و عمق حوضچه و ارتفاع گرده جوش، کاهش ضخامت ناحیه متاثر از حرارت و کاهش اعداد پکلت، گراشهوف و کشش سطحی رینولدز می?شود. از طرف دیگر کاهش سرعت جوشکاری و یا افزایش جریان جوشکاری به دلیل افزایش حرارت ورودی موجب افزایش تمامی پارامترهای مذکور می?گردد.

در تحقیق حاضر بهینه سازی پارامترهای فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شامل چهار پارامتر سرعت چرخشی، سرعت خطی، قطر شانه ی ابزار و قطر پین بر روی آلیاژ 5083 انجام شد. مدل سازی و بهینه سازی استحکام کششی اتصالات با استفاده از روش سطح پاسخ برای مدل رگرسیون چند جمله ای درجه 2 نشان داد استحکام اتصالات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ 5083، نسبت به تغییر پارامترها حساس نمی باشد. در ادامه با استفاده از 7 عدد از نمونه ها تاثیر 3 پارامتر سرعت چرخشی، سرعت خطی و قطر شانه ی ابزار بر روی خواص ریزساختاری، مکانیکی و خوردگی اتصالات مورد بررسی قرار گرفتند. با استفاده از تصاویر میکروسکوپ نوری و الکترونی، آنالیز طیف سنج انرژی(eds)، ریز سختی سنجی، آزمون کشش، شکست نگاری، و آزمون خوردگی اتلاف وزن، ریز ساختار، خواص مکانیکی و خواص خوردگی نمونه های جوشکاری شده و فلز پایه مقایسه گردیدند. نتایج نشان داد که تغییر پارامتر های فرآیند، تاثیر آنچنانی بر روی خواص ریزساختاری ، مکانیکی و حتی خوردگی اتصالات ایجاد نکرد. ریز ساختار منطقه ی دکمه ی جوش نمونه های جوشکاری شده، شامل دانه های ریز هم محور، ناحیه ی ترمومکانیکی شامل دانه های کشیده شده و مناطق متاثر از حرارت و فلز پایه دارای دانه های درشت بودند. منطقه دکمه ی جوش نسبت به سایر نواحی دارای سختی نسبتا بالاتری بوده و بیشترین مقدار اتلاف وزن در آزمون خوردگی مرزدانه ای مربوط به نمونه ی فلز پایه بوده و نمونه های جوشکاری شده به دلیل خرد شدن و انحلال فاز بتا ناشی از گرما و اغتشاش فرآیند، دارای میزان اتلاف وزن کمتری می باشند.