11004

10135

كارشناسي ارشد

جوشكاري

اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مواد

1394

شانزده،104ص.: مصور

مسعود عطاپور، ابوذر طاهري زاده

مرتضي شمعانيان، احمد كرمانپور

1394/12/04

مهندسي مواد

ID10135

4 چكيده امروزه اتصاالت فوالدها به آلياژهاي آلومينيوم به منظور كاهش مصرف سوخت و سهولت حمل و نقل بسيار مورد توجه قرار گرفتهاند اين اتصاالت از صنايع هستهاي هوافضا و دريايي تا صنايع خودرو و آشپزخانه استفاده ميشوند فوالد زنگنزن 119 از پركاربردترين فوالدهاي زنگنزن آستنيتي ميباشد كه مقاومت به خوردگي عالي در محيطهاي خورنده دارد از طرفي آلياژ آلومينيوم 9215 نيز مقاومت به خوردگي مناسبي در محيطهاي دريايي از خود نشان داده است از اين رو اتصال فوالد زنگنزن 119 به آلياژ آلومينيوم 9215 اتصال مناسبي در كاربردهاي حمل و نقل دريايي ميباشد جوشكاري فوالد زنگنزن به آلياژ آلومينيوم با روشهاي ذوبي به دليل ايجاد تركيبات بين فلزي نامناسب و سيالن بيش از حد آلومينيوم خواص مناسبي را ايجاد نميكند درنتيجه جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي به عنوان يك فرايند حالت جامد روش مناسبي براي اتصال اين دو فلز محسوب ميشود جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي اتصاالتي با كمترين ميزان عيوب و بيشترين استحكام و حداقل تركيبات بين فلزي را براي اتصاالت غيرمشابه ايجاد ميكند در اين پژوهش بهمنظور بررسي خواص اتصال از جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي اين فلز در پارامترهاي مختلف پرداخته شد نشان اين پژوهش نشان داد كه افزايش سرعت چرخشي موجب پراكنده شدن ذرات فوالد در زمينه آلومينيوم ميشود كه مناطق مستعدي براي ايجاد و رشد ترك ميباشند همچنين افزايش سرعت چرخشي موجب افزايش عيوب ميگردد بعالوه افزايش بيش از حد حرارت ورودي موجب ايجاد تركهاي طولي و شكست قطعه ميشود آناليز شكستنگاري نشان از شكست ترد در سمت فوالد و شكست نرم و ترد در سمت آلومينيوم داشت از طرفي بهدليل اختالف زياد در خواص انتقال حرارت و سيالن دو فلز كنترل پارامترها در حين جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي از اهميت بااليي برخوردار است شبيهسازي جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي ابزار مناسبي براي پيشبيني و كنترل پارامترها حين فرايند است در اين تحقيق بهمنظور بررسي نحوه توزيع دما در هر دو قطعه از روش المان محدود استفاده گرديد براي اين منظور از سه حل حالت گذرا حالت پايدار و حالت پايدار با المانهاي نامحدود استفاده شده است نشان داده شد كه حل حالت گذرا بيشترين دقت را دارد بعالوه تاثير پارامترهاي جوشكاري بر نحوه توزيع دما بررسي شد كه نشان داده شد افزايش سرعت چرخشي و كاهش سرعت خطي افزايش حرارت توليدي را بههمراه دارد اين حرارت بيشتر در آلومينيوم پخش شده و بيشترين تجمع حرارت در زير ابزار سمت فوالد است همچنين در اين پژوهش به بررسي سيالن پالستيك مواد پرداخته شد بدين منظور از روش ديناميك سياالت محاسباتي با معادالت نوير استوكس كمك گرفته شد نشان داده شد كه افزايش سرعت چرخشي بيشترين تاثير را بر افزايش سرعت سيالن و نرخ كرنش داشته و ويسكوزيته را كاهش ميدهد گفتني است بهمنظور بررسي مورفولوژي اتصال حين جوشكاري دو فلز از روش سطح تراز كمك گرفته شد نشان داده شد كه افزايش سرعت چرخشي موجب جدايش بيشتر ذرات فوالد در زمينه آلومينيوم ميشود همچنين جابجايي پين به سمت آلومينيوم كاهش ذرات جدا شده را بههمراه دارد در پايان به مدلسازي پارامترهاي جوشكاري پرداخته شد و رابطه بين سرعت چرخشي و خطي با دماي حداكثر منطقه جوش با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي بررسي شد همچنين بهمنظور بررسي تاثير پارامترها از آناليز واريانس استفاده شد نشان داده شد كه سرعت چرخشي بيشترين ميزان تاثير را بر حرارت توليدي دارد كلمات كليدي فوالد زنگنزن 119 آلياژ آلومينيوم 9215 جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي روش المان محدود ديناميك سياالت محاسباتي روش سطح تراز شبكه عصبي مصنوعي

415 Simulation of friction stir welding of 304 stainless steel to 5083 aluminum alloy dissimilar joint Behzad Sadeghian b sadeghian@ma iut ac ir September 19 2015 Degree M Sc Language FarsiSupervisors Dr Masoud Atapour Assis Prof supervisor email m atapour@cc iut ac irDr Aboozar Taherizadeh Assis Prof supervisor email a taheri@cc iut ac irAbstractToday steel to aluminum joints are used to facilitate transportation and fuel consumption These joints are applied from nuclear aerospace and naval to automobile and kitchenindustries According to previews studies fusion welding processes are not suitable methodsfor these joints Solid state welding especially friction stir welding is proper for these joints Friction stir welding is of the most applicable methods to join dissimilar metals However using this method for these two metals needs adequate prediction of temperature distributionand material flow to obtain enhanced joints In this study a finite element method is used topredict the temperature distribution The heat produced during the joining of 304 stainlesssteel to 5083 aluminum alloy by friction stir welding method was simulated and thedistribution of temperature was predicted by finite element method Both transient andsteady state with and without infinite elements thermal solutions were used in simulationsand the two methods were compared correspondingly To verify the models two sheets ofstainless steel and aluminum alloy were prepared and welded by friction stir welding Additionally by using thermocouples temperature history of different points on the sheetswas obtained during welding Then the simulation and the experimental results werecompared to validate the model Finally an Artificial Neural Network model was createdand the effect of different process parameters on the maximum temperature was investigated In addition a computational fluid dynamics solution is coupled with the thermal solution Therefore the flow rate strain rate and dynamic viscosity were obtained The effects ofwelding parameters on material plastic flow and final properties of the weldment for frictionstir welding interface is investigated In order to predict the temperature distribution asteady state solution with infinite elements was used Also to predict the interfacemorphology Computational Fluid Dynamics CFD with Level Set method was used Itshould be noted that computed results were verified using experimental results It wasconcluded that by lowering rotational speed and movement of pin offset through aluminum more continues material flow and proper weldments were obtained Keywords Friction stir welding dissimilar joint Finite element method Thermalsimulation Computational fluid dynamics Level set method Morphology simulation

مسعود عطاپور، ابوذر طاهري زاده

مرتضي شمعانيان، احمد كرمانپور