مدلسازی فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی پلی‌اتیلن با چگالی بالا و مقایسة آن با نتایج تجربی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسنده

دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، باشگاه پژوهشگران جوان، دانشگاه آزاد اسلامی، واحدعلوم و تحقیقات، تهران

چکیده

در این مقاله آثار سرعت خطی و دورانی ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر توزیع و تولید حرارت در سطح و درون اتصال، سیلان مواد و هندسة محل اغتشاش یک قطعه‌کار پلیمری از جنس پلی‌اتیلن با چگالی بالا مورد مطالعه قرار گرفت. به‌منظور شبیه‌سازی فرایند از روش دینامیک سیالات محاسباتی از مجموعه نرم‌افزار تجاری سی. اف. دی. فلوئنت[i] استفاده شد. برای بالا بردن دقت شبیه‌سازی، خط جوش که در مرز بین قطعه‌کارها قرار داشت، به‌عنوان یک سیال غیرنیوتنی با رفتار شبه‌مذاب در اطراف پین ابزار مدلسازی شد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان داد که با افزایش نسبت سرعت چرخشی به سرعت خطی ابزار، جریان مواد در جلو ابزار اندکی بیشتر می‌شود و ابعاد منطقة اغتشاش بزرگتر می‌گردد. بیشینة درجه حرارت تولیدشده و اغتشاش مواد در سمت پیشرو اتصال مشاهده شد. نتایج حاصل از مدل توسط نتایج تجربی سایر محققان مورد مقایسه قرار گرفت و حداکثر 3 درصد اختلاف با نتایج عملی داشت. براساس پارامترهای جوشکاری مورد بررسی، نتایج حاصل از شبیه سازی حداکثر حرارت تولیدشده 126 درجة سانتی‌گراد، بیشینة سرعت جابه‌جایی مواد 6/0 متر بر ثانیه در شانة ابزار و بیشینة فشار ایجادشده روی سیال 10 مگاپاسکال در محل اتصال پیش‌بینی شد.



[i]. CFD Fluent 6.4

کلیدواژه‌ها


[1] ح. آقاجانی درازکلا، م. الیاسی، م. حسین‌زاده. بررسی تاثیر حرارت تولیدشده در فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برروی کیفیت اتصال آلومینیوم به فولاد، مهندسی مکانیک مدرس، دوره 15، شماره 4، ص 379-390، تیر 1394.

[2] H. A. Derazkola, H. J. Aval, M. Elyasi, Analysis of process parameters effects on dissimilar friction stir welding of AA1100 and A441 AISI steel, Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 20, No. 7, pp. 553-562, 2015.

[3] A. Bagheri, T. Azdast, A. Doniavi, An experimental study on mechanical properties of friction stir welded ABS sheets, Materials & Design, Vol. 43, pp. 402-409, 2013.

[4] N. Mendes, P. Neto, M. A. Simão, A. Loureiro, J. N. Pires, A novel friction stir welding robotic platform: welding polymeric materials, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, pp. 1-10, 2014.

[5] N. Mendes, A. Loureiro, C. Martins, P. Neto, J. N. Pires, Effect of friction stir welding parameters on morphology and strength of acrylonitrile butadiene styrene plate welds, Materials & Design, Vol. 58, pp. 457-464, 2014.

[6] F. Simões, D. M. Rodrigues, Material flow and thermo-mechanical conditions during friction stir welding of polymers: literature review, experimental results and empirical analysis, Materials & Design, Vol. 59, pp. 344-351, 2014.

[7] E. Azarsa, A. Mostafapour, Experimental investigation on flexural behavior of friction stir welded high density polyethylene sheets, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 16, No. 1, pp. 149-155, 2014.

[8] Y. Bozkurt, The optimization of friction stir welding process parameters to achieve maximum tensile strength in polyethylene sheets, Materials & Design, Vol. 35, pp. 440-445, 2012.

[9] K. Panneerselvam, K. Lenin, Joining of Nylon 6 plate by friction stir welding process using threaded pin profile, Materials & Design, Vol. 53, pp. 302-307, 2014.

[10] C. B. Smith, J. S. Noruk, G. B. Bendzsak, T. H. North, J. F. Hinrichs, R. J. Heideman, A. O. Smith, Heat and material flow modeling of the friction stir welding process, NIST SPECIAL PUBLICATION SP, pp. 475-488, 2000.

[11] T. H. North, G. J. Bendzsak, C. Smith, Material properties relevant to 3-D FSW modeling, In Friction Stir Welding, Proceedings of the 2nd International Conference, 2000.

[12] T. U. Seidel, A. P. Reynolds, Two-dimensional friction stir welding process model based on fluid mechanics, Science and technology of welding and joining, Vol. 8, No. 3, pp. 175-183, 2003.

[13] W. Zhang, T. DebRoy, T. A. Palmer, J. W. Elmer, Modeling of ferrite formation in a duplex stainless steel weld considering non-uniform starting microstructure, Acta Materialia, Vol. 53, No. 16, pp. 4441-4453, 2005.

[14] R. Nandan, G. G. Roy, T. Debroy, Numerical simulation of three-dimensional heat transfer and plastic flow during friction stir welding, Metallurgical and materials transactions A, Vol. 37, No. 4, pp. 1247-1259, 2006.

[15] R. Nandan, G. G. Roy, T. J. Lienert, T. DebRoy, Numerical modelling of 3D plastic flow and heat transfer during friction stir welding of stainless steel, Science and Technology of Welding & Joining, 2013.

[16] H. W. Nassar, M. K. Khraisheh, Simulation of material flow and heat evolution in friction stir processing incorporating melting, Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 134, No. 4, p. 041006, 2012.

[17] S. D. Ji, Q. Y. Shi, L. G. Zhang, A. L. Zou, S. S. Gao, L. V. Zan, Numerical simulation of material flow behavior of friction stir welding influenced by rotational tool geometry, Computational Materials Science, Vol. 63, pp. 218-226, 2012.

[18] ح. آقاجانی درازکلا، ح. جمشیدی اول، م. حبیب‌نیا، بررسی رفتار حرارت حاصل از اصطکاک و جریان مواد در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم AA1100، مهندسی مکانیک مدرس، دوره 14، شماره 14، ص 251-261، اسفند 1393.

[19] J. E. Mark, Polymer data handbook, Oxford university press, 2009.

[20] J. Zhang, Y. Shen, B. Li, H. Xu, X. Yao, B. Kuang, J. Gao, Numerical simulation and experimental investigation on friction stir welding of 6061-T6 aluminum alloy, Materials & Design, Vol. 60, pp. 94-101, 2014.

[21] S. Inaniwa, Y. Kurabe, Y. Miyashita, H. Hori, Application of friction stir welding for several plastic materials, In Proceedings of the 1st International Joint Symposium on Joining and Welding: Osaka, Japan, 6-8 November 2013, p. 137, Woodhead Publishing, 2014.

[22] J. R. Davis, Surface engineering for corrosion and wear resistance, No. 751, ASM international, 2001.