توصيفگر ها :
آلياژ برنج ادميرال (C44300) , آلياژ كوپرونيكل 10/90 (C70600) , جوشكاري همزن اصطكاكي (FSW) , لوله , ورق-لوله , استحكام برشي (SPT)
چكيده فارسي :
در اين مطالعه از فرايند جوشكاري همزن اصطكاكي (FSW) براي اتصال لوله برنج ادميرال به ورق-لوله كوپرونيكل 10/90 استفاده شد. تاثير پارامترهاي موقعيت قرارگيري آلياژها، عمق فرورفتن، سرعت چرخش، سرعت پيشروي و شكل و طول پين ابزار بر سيلان مواد، تشكيل عيوب سطحي و داخلي و ريزساختار با تشكيل يك پنجره فرايند بررسي شد. مشخصه‌يابي اتصالات با استفاده از بازرسي‌هاي چشمي، ميكروسكوپ نوري (OM)، ميكروسكوپ الكترون روبشي گسيل ميداني (FESEM)، آزمون كشش دما بالا، آزمون پانچ برشي (SPT) و ريزسختي انجام شد. اتصال غيرمشابه دو آلياژ با قرارگرفتن آلياژ كوپرونيكل در سمت پيشروي به دليل استحكام بالاتر نسبت به آلياژ برنج ادميرال در دماي بالا، برقرار شد. بررسي‌هاي ماكروسكوپي سطح مقطع تمام اتصالاتي كه در پنجره فرايند داراي سطح جوش عاري از عيب مي‌باشند، نشان داد كه سيلان مواد در اتصالات به دليل گرماي ورودي كم به شكل خط "s" است. در اكثر نمونه‌هاي جوشكاري شده به دليل عدم تعادل در سيلان مواد غيرمشابه تحت پارامترهاي نامناسب، عيب تونلي در سمت پيشروي تشكيل شد. بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد كه ناحيه تحت تاثير حرارت در اتصالات به دليل هدايت حرارتي بالاي آلياژها و گرماي ورودي كم ايجاد نشده است. با افزايش سرعت حركت ابزار در نمونه‌ها با ابزار پين نيمه مخروطي ته‌گرد، به دليل كاهش گرماي ورودي و افزايش نرخ كرنش اندازه دانه‌ها در نواحي اغتشاشي و ترمومكانيكي در هر دو سمت برنج ادميرال و كوپرونيكل 10/90 كاهش يافته است. ناحيه‌هاي اغتشاشي و ترمومكانيكي در سمت برنج ادميرال در سرعت‌هاي پيشروي 20 و 40 ميلي‌متر بردقيقه براي هر سه ابزار، به دليل رشد دانه و واكنش‌هاي استاتيكي، همپوشاني شدند، كه منجربه افت سختي ناحيه اغتشاشي اين دو پارامتر نسبت به ناحيه اغتشاشي در سرعت پيشروي 80 ميلي‌متر بر دقيقه شد. سيلان مناسب و عدم حضور عيب تونلي در نمونه جوشكاري شده تحت پارامترهاي پين نيمه مخروطي ته‌گرد، عمق فرورفتن، سرعت چرخش و سرعت پيشروي ابزار به ترتيب 1/0، 2800 دوربر دقيقه و 20 ميلي‌متر بردقيقه مشاهده شد. به‌طور كلي نتايج اين تحقيق نشان داد كه با استفاده از پارامترهاي بهينه به دست آمده مي‌توان به يك اتصال با كيفيت در جوشكاري لوله به ورق-لوله در مبدل‌هاي حرارتي با روش جوشكاري همزن اصطكاكي رسيد.
چكيده انگليسي :
In this study, Friction Stir Welding (FSW) was used to join Admiralty brass tube to Cu-Ni 90/10 tube-sheet. The effect of alloy position, plunge depth, rotational speed, traverse speed, and tool pin shape and length on material flow, formation of surface and internal defects, and microstructure were investigated by creating a process window. Characterization of the joints was performed using visual inspection, optical microscopy (OM), field emission scanning electron microscopy (FESEM), high-temperature tensile testing, shear punch testing (SPT), and microhardness testing. The results showed that joints with Cu-Ni alloy positioned on the advancing side were formed due to higher strength at high temperatures. Macroscopic examination of the cross-sectional surface of all joints that had defect-free weld surfaces in the process window showed that material flow in the joints was in the form of an "s" line due to low input heat. In most of the welded samples, due to the lack of balance in the flow of dissimilar materials under inappropriate parameters, a tunnel defect was formed on the advancing side. Microstructural investigations showed that the heat-affected zone in the joints was not formed due to high thermal conductivity of the alloys and low input heat. By increasing the traverse speed in the samples with a semi conical round bottom pin tool, the grain size decreased in the stir and thermomechanical zones in both Admiralty brass and cupronickel 10/90 due to the reduction in input heat and increase in strain rate. stir and thermomechanical zones in side of Admiralty brass at speeds of 20 and 40 mm/min for all three tools overlapped due to grain growth and static reactions, resulting in a decrease in the hardness of the stir zone compared to the stir zone at a speed of 80 mm/min. suitable flow and absence of tunneling defect were observed in the welded sample under the parameters of semi conical round bottom pin, plunge depth, rotational speed, and tool traverse speed of 0.1 mm, 2800 RPM, and 20 mm/min, respectively. Overall, the results of this study showed that by using the obtained optimal parameters, a high-quality joint can be achieved in friction stir welding of tube to tube-sheet in heat exchangers.
