SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,MohammadReza Toroghinejad
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) محمدرضا طرقي نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Milad Shiraly
ميلاد شيرالي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Friction Stir Spot Welding (FSSW) of Al-Cu Composite Produced by Accumulative Roll Bonding (ARB) and Joint Properties Evaluation
In curent study, Properties of friction stir spot welding (FSSW) of Al-Cu composite produced by accumulative roll bonding ( ARB ), have been investigated. Four aluminum sheets with thickness of 500 µm were used to produce Al-Cu composite. Also Three copper sheets with the thickness of 100 µm were inserted between aluminum sheets. This produced sandwich, then rolled for six cycles. Finally Al-Cu composite with the thickness of 1 mm was produced. In welding process, effect of tool rotational speed, plunge depth of tool, and it's geometry on the properties of welds were investigated. After welding process, first the appearance of workpieces was examined. In very low tool rotational speeds -for example 560 rpm- because of low heat input, small fragments were chipped away from the workpiece.on the other hand, with increasing tool rotational speed- for example to 1400 rpm- Surfaces of sheets were squeezed because heat input increases in these speeds.welding with 710 and 900 rpm resulted in creation of soundness appearance of welds due to the moderated heat input produced by these rotational speeds during friction stir spot welding. different regions of joints such as stir zone, transitional zone and base metal were charactrized by using optical microscopy and scanning electron microscopy (EDS) equiped with chemical microanalyzer (EDS). Results showed that with increasing tool rotational speed, plunge depth of tool and using cylindrical pin , the volume of stir zone and it's essential length (d) were increased. The increment of these processing parameters resulted in sufficient heat input during friction stir spot welding process. Furthermore, due to the smaller frontal surface of the triangular pin, less pressure was applied by the pin face when plunging into the workpiece. This fact led to creation of smaller stir zone by using triangular pin rather than cylindrical pin. Increasing in the volume of stir zone and it's essential length led to increase the tensile shear force of the fractured joints welded with friction stir spot welding by applying these processing parameters. The material flow during friction stir spot welding of Al-Cu composite was investigated. This issue investigated by plunging the tool into different plunging depthes, before the shoulder contacted the surface of the upper sheet. results were compared joints that were welded by full plunging depth. Furthermore, existance of sufficient contrast between aluminum and copper layers asisted the analysis of material flow and finding movement direction of materials. Examination of material flow showed that several regions exist i the stir zone of welds due to different applied forces and heat input in this region. Weakness in creation of some part of the stir zone that have lower heat input or/and have weaker movement force resulted in decrement of the stir zone's volume or isolation of the base metal i the stir zone. This phenomenon occured during friction stir spot welding when using triangular pin. X-ray diffraction patterns showed that intermetallic compounds exist i the stir zone of welds. These phases were Al 2 Cu and AlCu 3 . Existance of these intermetallic compounds resulted in increasing hardness of the stir zone rather than base metal in the joints. Keywords: Friction stir spot welding, Al-Cu composite, Accumulative roll bonding, Intermetallic compounds
در اين پژوهش، خواص جوش اصطکاکي- اغتشاشي نقطهاي (FSSW) کامپوزيت Al-Cu توليد شده به روش نورد تجمعي مورد بررسي قرار گرفت. براي توليد اين کامپوزيت از 4 ورق آلومينيومي هر يک به ضخامت µm 500 و 3 ورق مسي هر يک به ضخامت µm 100 که به صورت يکي در ميان قرار گرفته بودند؛ استفاده شد. پس از 6 پاس نورد در نهايت کامپوزيت مورد نظر با ضخامت mm 1 تهيه گرديد. در اجراي جوشکاري اثر سرعت چرخش ابزار، عمق نفوذ آن و هندسهي ابزار بر خواص جوش حاصله مورد بررسي قرار گرفت. پس از جوشکاري در ابتدا ظاهر نمونههاي جوشکاري شده مورد ارزيابي قرار گرفت. در نمونههاي جوشکاري شده در سرعتهاي خيلي پايين (rpm 560) به دليل حرارت ورودي کم، کنده شدگي مواد از سطح ورقها صورت گرفت. اين در حالي است که در سرعتهاي بالاتر (rpm 1400و1120) لهشدگي مواد در اثر حرارت ورودي زياد به وجود آمد. در سرعتهاي مياني (rpm 900 و710) نيز به دليل متعادل بودن حرارت ورودي نسبت به دو حالت قبل، جوشها از ظاهر سالمتري برخوردار هستند. ريز ساختار مناطق مختلف هر اتصال که شامل نواحي اغتشاش، ناحيهي انتقالي و فلز پايه ميباشد؛ با استفاده از ميکروسکوپ نوري و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) مجهز به سيستم آناليز شيميايي (EDS) مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج بررسيها نشان دادکه با افزايش سرعت چرخش ابزار، افزايش عمق نفوذ و استفاده از پين دايرهاي به منظور جوشکاري، حجم ناحيهي اغتشاش تشکيل شده و طول موثر ناحيهي اغتشاش (d) افزايش مييابد. اين موضوع به دليل زياد بودن حرارت ورودي در پارامترهاي ذکر شده ميباشد. مضاف بر اين که پين دايرهاي به دليل سطح جلويي بيشتر نسبت به پين مثلثي فشار بيشتري به مواد زيرين وارد ميکند. افزايش حجم ناحيهي اغتشاش و طول موثر آن منجر به افزايش نيروي برشي شکست نمونههاي جوشکاري شده با استفاده از جوشکاري توسط پارامترهاي ذکر شده گرديد . بررسي سيلان نمونههاي جوشکاري شده با استفاده از فرو بردن ابزار در عمقهاي مختلف نفوذ و قبل از نفوذ شانهي ابزار به مواد ورق بالايي و مقايسهي آنها با نمونههاي به طور کامل جوش داده شده امکان پذير شد. در اين ميان وجود تفاوت رنگ قابل ملاحظه بين لايههاي مس و زمينهي آلومينيومي، به بررسي نحوهي سيلان ماده و يافتن جهت حرکت مواد کمک زيادي کرد. بررسي سيلان مواد نشان داد که نواحي مختلفي از نظر مقدار نيروي اعمالي و حرارت ورودي در ناحيهي اغتشاش وجود دارد. ضعف در تشکيل قسمتهايي از اين ناحيه در جوشهايي که از نظر مقدار حرارت ورودي و يا فشار وارد شده بر مواد زير پين داراي ضعف هستند منجر به کاهش حجم ناحيهي اغتشاش و يا حبس شدگي مواد فلز پايه در ميان ناحيهي اغتشاش ميشود. اين مطلبي است که به عنوان مثال در مورد جوشکاري با استفاده از پين مثلثي نسبت به جوشکاري توسط پين دايرهاي بيشتر رخ ميدهد. همچنين در بررسي که توسط پراش پرتو ايکس (XRD) انجام گرفت مشخص شد که در ناحيهي اغتشاش نمونههاي جوشکاري شده ترکيبات بين فلزي Al 2 Cu و AlCu 3 تشکيل شده است. وجود اين ترکيبات در نهايت منجر به بالارفتن سختي نمونهها در اين ناحيه شده است به طوري که در جوشکاري توسط پين مثلثي مقدار سختي به حدود VHN 300 رسيد. کلمات کليدي: جوشکاري اصطکاکي- اغتشاشي نقطهاي، کامپوزيت Al-Cu، نورد تجمعي، ترکيبات بين فلزي