چكيده

در اين رساله اتصال غير همجنس فولاد كم كربن (St37) و آلومينيوم خالص تجاري (A1050) بـهروش جوشكاري مقاومتي نقطهاي و تأثير پارامترهاي جوشكاري (شدت جريان و مدت زمان) بـر ريـز-ساختار و استحكام برشي اتصال مورد بررسي قرار گرفت. در اين رساله براي حصول خـواص مكـانيكيمطلوب در ناحيه اتصال از تكنيك جوشكاري نقطهاي سه لايه (لايه سوم به عنـوان ورق پوشـاننده يـاCover Plate) استفاده شد. لازم به ذكر است كه تمام تلاش ها براي رسـيدن بـه اتصـال قابـل قبـولتوسط تكنيـك جوشـكاري دو لايـه بـينتيجـه مانـد . مطالعـات ميكروسـكوپي ناحيـه اتصـال توسـطميكروسكوپهاي نوري و الكتروني روبشي (SEM) حاكي از تشكيل نواحي و اجزاي مختلف در ناحيـهاتصال بود. همچنين مطالعات آناليز شيميايي EDS تشكيل تركيبـات بـينفلـزي 2FeAl و 5Fe2Al در منطقه مرزي بين لايهاي موسوم بـه لايـه واكنشـي نفـوذي (Reaction Layer) را نشـان داد . آزمـونميكروسختي نشان داد كه اين لايه داراي سختي بيشتر (در حـدود380HV ) نسـبت بـه فلـزات پايـه(حداكثر سختي در ورق پايه فولادي 212HV و حـداكثر سـختي در ورق پايـه آلومينيـومي 45HV) ميباشد. با افزايش ضخامت اين لايه واكنشي نفوذي استحكام برشي اتصال غيـرهمجنس نيـز افـزايشمي يابد. بررسيهاي انجام شده حاكي از بزرگ شـدن قطـر دگمـه جـوش و همچنـين ضـخامت لايـهواكنشي نفوذي با افزايش شدت جريان (با افزايش شـدت جريـان از8KA تـا13KA ) و مـدت زمـانجوشكاري (با افزايش مدت زمان تا 1sec) ميباشد. به طور مشابه با افزايش پارامترهـاي جوشـكاريمذكور تا حد بهينه، استحكام برشي اتصـال نيـز افـزايش مـي يابـد بـه طـوري كـه در شـدت جريـانجوشـكاري 13 كيلـو آمپـر و مـدت زمـان جوشـكاري 1 ثانيـه ، اسـتحكام برشـي اتصـال (FUTS Weld
joint=4349N) از استحكام كششي دو فلز پايه (FUTS Steel=2342N و FUTS Al=1921N) بيشتر بود.

مقدمه

فولاد و آلومينيوم دو آلياژ صـنعتي متـداول و مـورد كـاربرد در سـطح دنيـا مـي باشـند كـه بـه علـتخصوصيات مهندسي مطلوب و قيمت نسبتاً مناسب در بسياري از صنايع كـاربرد دار نـ د . فـولاد دارايخواص مكانيكي مطلوب و آلومينيوم داراي وزن سبك و مقاومت به خوردگي مناسب ميباشـد . كـاربرداين دو فلز در كنارهم موجب افزايش بهرهوري از محصول توليدي ميشود چون ويژگي هاي هـر دو رادارا ميباشد. در دنيا و همچنين ايران از اتصال دهـي مسـتقيم ايـن دو فلـز در صـنايع خودروسـازي، كشتي سازي، هواپيما سازي و لوازم خانگي كمتر استفاده شده اسـت بنـابراين در ايـن سـمينار بـرايرسيدن به اتصالي مناسب كه داراي خواص مكانيكي مطلـوب نيـز باشـد تـلاش شـده اسـت. يكـي ازبهترين روش هاي اتصالدهي دائمي دو ورق فولاد و آلومينيوم، روش جوشكاري مقاومتي نقطه اي مي-باشد چون اين دو فلز داراي ويژگيهاي حرارتي و فيزيكي متفاوت از جمله نقطه ذوب و ضريب انتقـالحرارتي مختلف ميباشند و اين اختلافها زياد ميباشد. پيونددهي اين دو آلياژ داراي مشكلات فراواني است كه با بررسيهاي انجام شده روش جوشكاري مقاومتي نقطهاي با تكنيك سه لايه بهترين فرآينـد براي اين نوع اتصال غيرهمجنس ميباشد. جوشكاري مقاومتي نقطهاي فرآيندي متـداول و نسـبتاً كـمهزينه در صنعت ميباشد كه ميتوان با انجام اين نوع اتصال در شرايط ايـده آل و مناسـب بـه خـواصمكانيكي مطلوب رسيد. اين نوع فرآيند پيچيدگي زيادي ندارد و اتصال حاصله به صورت دائمـي مـي-باشد و حتي براي تعمير قطعات فرسوده نيز ميتوان از اين روش پيونددهي با كمترين هزينـه ممكـن، استفاده نمود. البته مشكلاتي نيز وجود دارد كه از جمله مي توان بـه اخـتلاف ضـريب انتقـال حـرارتآلومينيوم و فولاد اشاره نمود كه اين فرآيند را از حالت جوشكاري مقاومتي نقطهاي دو فلـز همجـنسپيچيدهتر ميسازد. حال به منظور استفاده از اين نوع اتصالدهي در صنايع خوروسـازي ، حمـل و نقـلهوايي و همچنين لوازم خانگي براي كـاهش وزن قطعـات توليـدي و كـاهش آلـودگي محـيط زيسـتهمچنين كاهش مشكلات خوردگي اين سمينار به بررسي پارامترهاي مؤثر در ايـن نـوع فرآينـد بـرايرسيدن به اتصالي با ويژگي هاي مطلوب مكانيكي ميپردازد. اميد است با متداول شدن اين فرآينـد درصنايع فوق در ايران و ديگر كشورها از مشكلات آلودگي محيط زيسـت ك اسـته شـده و عمـر قطعـاتصنعتي از جمله لوازم خانگي به علت مشكلات خـوردگي افـزايش يابـد. اتصـال قابـل اطمينـان بـرايپيونددهي دو فلز غير همجنس فولاد و آلومينيوم به روش جوشكاري مقاومتي نقطهاي با تكنيـك سـهلايه در اين تحقيق مورد تجزيه و تحليل واقع شد. در اين راستا، تـأثير پارمترهـاي مـؤثر بـر ايـن نـوعاتصال از قبيل شدت جريان و مدت زمان جوشكاري بر استحكام كششي اتصال مورد بررسي و تحليـلقرار گرفت. همچنين مطالعات دقيقي در مورد تغييرات ريزساختاري در آلياژ پايه و حوزه دگمه جـوشانجام پذيرفت. سپس مكانيزم تشكيل اجـزاي مختلـف در ناحيـه اتصـال غيـرهمجنس و ارتبـاط بـينريزساختار و خواص مكانيكي نمونه هاي اتصال داده شده تعيين گرديد. براساس نتايج حاصله، آزمايش ها به هدف كلي اين سمينار يعني بررسي شرايط بهينه براي اتصال مطمئن دو فلز غيرهمجنس فـولادو آلومينيوم با خواص مكانيكي مناسب سوق داده شد. سمينار حاضر در شش فصل گردآوري و تـدوينگرديده است و ميتوان آن را به عنوان يك شروع ومقدمهاي براي بومي نمودن و كـاربرد صـنعتي ايـنروش اتصال دهي در صنايع داخلي كشور به حساب آورد.

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

چكيده…………………………………………………………….1
مقدمه…………………………………………………………….2

فصل اول : فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي 4

در اين فرآيند بين دو سطح با اعمال حرارت و فشار به صورت همزمان اتصال صورت مـي گيـرد بـدينصورت كه فلزات به دليل دارا بودن مقاومت الكتريكي، در اثر عبور جريان الكتريكي گرم شـده و حتـيبه حالت ذوب نيز ميرسند. طبق قانون ژول حرارت حاصل شده با رابطه Q = kRI2t تعيين مـي شـودكه در آن I شدت جريان جوشكاري (آمپر)، R مقاومـت الكتريكـي (اهـم )، t مـدت زمـان جوشـكاري(ثانيه) و Q حرارت ايجاد شده (ژول) ميباشد [1]. در ادامه در مورد تأثير پارامترهـاي جوشـكاري بـركيفيت جوش بحث خواهيم نمود.
حرارت در فرآيندهاي قوس الكتريكي بر روي قطعه كار به وسيله هدايت و تشعشع توزيع ميشـود امـادر فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي حرارت در داخـل ورق هـا و سـطح مشـترك دو ورق در موضـعاتصال در اثر عبور جريان الكتريكي توليد و منتشر ميشود كه اين جريان الكتريكي از طريق الكترودها و تماس آنها به سطح كار منتقل ميشود.
فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي براي اتصال ورقها به شكل لبه رويهم، سيم به ورق و يا سيم بر-روي سيم به كار برده ميشود و يكي از فرآيندهاي مقاومتي مـي باشـد كـه در آن اتصـال در اثـر ذوبموضعي به وسيله تمركز جريان الكتريكي بين الكترودهاي استوانهاي انجام مـي شـود . ايـن فرآينـد درسطح وسيعي در صنايع اتومبيل سازي و لوازم خانگي و غيره به كار ميرود. همانطور كه قـبلاً اشـارهشد قطعه كار بين الكترودها تحـت فشـار قـرار گرفتـه و جريـان از طريـق ترانسـفورماتور و بازوهـا ازالكترودها و سپس قطعه كار عبور ميكند. جوش به صورت دگمه يا ديسكهايي بين دو لايه ورق قرار گرفته بر روي هم به وجود ميآيد[2و3].
متغيرهاي شدت جريان و زمان جوشكاري از طريق دستگاه جوش قابل كنتـرل هسـتند امـا مقاومـتالكتريكي به عوامل مختلفي از جمله جنس و ضخامت قطعه كار، فشار بين الكترودها، انـدازه، شـكل وجنس الكترودها و چگونگي سطح كار يعني صافي و تميزي آن بستگي دارد. شكل (1-2) شماي كلـيدستگاه و مقاومتهاي مختلف موجود بر سر راه عبور جريان را نشان ميدهد[1].

مقاومت 3 كه همان مقاومت تماسي بين دو ورق است مهمترين قسمت مـي باشـد . اگـر فلـزات دارايمقاومت الكتريكي كم باشند مقاومتهاي 1 و 3 و 5 اهميت بيشتري پيدا ميكنند. مقاومتهـاي 2 و 4 بستگي به ضريب مقاومت الكتريكي و درجه حـرارت قطعـه كـار دارد. مقاومـت هـاي 1 و 5 ناخواسـتههستند و بايد آنها را تا حد امكان كاهش داد. تميزي سطح كار و الكترودها و نيـروي فشـاري وارد بـرالكترودها عوامل كاهش دهنده اين مقاومتها ميباشند[1و2].
از نظر اقتصادي لازم است كه مدت زمان عبور جريان تا حد امكان كاهش يابد. در نتيجه يـك جريـانالكتريكي لحظهاي بالا در حدود 3 تا 100 كيلو آمپر با ولتاژ 5/0 الي 10 ولت مورد نيـاز اسـت. انجـامموفقيت آميز انواع مختلف روشهاي جوشكاري مقاومتي به روش ايجاد مقاومت موضعي بالا و تمركـزحرارت در نقطه مورد نظر ارتباط دارد، ولي به هر حال تماس فيزيكي بـين الكترودهـاي ناقـل جريـانالكتريكي و قسمتهايي كه بايد متصل شوند نيز مورد نياز است. به طور كلـي فرآينـدهاي جوشـكاريمقاومتي يكي از بهترين روشها براي اتصالات سري و توليد انبوه يك محصول است.
دستگاههاي جوشكاري مقاومتي شامل دو واحد كلي هستند كه يكـي واحـد الكتريكـي (عامـل ايجـادحرارت) و ديگري واحد مكانيكي (عامل ايجاد و اعمال نيروي فشاري) ميباشد. اولي باعـث بـالا بـردندرجه حرارت موضع مورد جوش و دومي سبب ايجاد فشار لازم براي اتصال دو قطعه لبـه روي هـم درمحل جوش ميشود. منبع معمولي تأمين انرژي الكتريكي، جريان متناوب 220 يا 250 ولت است كـهبراي پايين آوردن ولتاژ و افزايش شدت جريان (به مقـدار مـورد لـزوم بـراي جوشـكاري مقـاومتي) از ترانسفورماتور استفاده ميشود. در اين ترانسفورماتورها سيم پيچ اوليه داراي سيمهـاي نـازكتـر و دوربيشتر است و سيم پيچ ثانويه با سيم هاي ضخيمتر و دور كمتر (اغلب يك دور) بـه الكترودهـا متصـلميشود.
جريان الكتريكي از طريق دو الكترود (فكها) به قطعه كار و موضع جوش هدايت ميشود كـه معمـولاًالكترود پاييني ثابت و الكترود بالايي متحرك است. الكترودهـا هماننـد گيـره يـا فـك دو قطعـه را دروضعيت لازم در كنار يكديگر نگه ميدارند و جريان الكتريكي براي لحظهاي معين عبـور مـيكنـد كـهاين امر سبب ايجاد حرارت موضعي زير دو الكترود در سطح مشترك دو ورق ميشود. جريان الكتريكي در سطح تماس باعث ذوب منطقه كوچكي از دو سطح شده و پس از قطع جريان و اعمال فشار معـينو انجماد آن، دو قطعه به يكديگر متصل ميشوند.
شكل هندسي الكترودها در فرآيندهاي مختلف جوشكاري مقـا ومتي ممكـن اسـت متفـاوت باشـد[2].

شماتيكي از دستگاه جوشكاري مقاومتي نقطهاي و مقاومتهاي الكتريكي

شماتيكي از دستگاه جوشكاري مقاومتي نقطهاي و مقاومتهاي الكتريكي

فصل دوم : پارامترهاي مؤثر در جوشكاري مقاومتي نقطهاي 9

با توجه به فرمول بنيادي فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي (فرمـول ژول ) Q = kRI2t مـي تـوان سـهپارامتر مهم از جملـه مقاومـت الكتريكـي، شـدت جريـان و مـدت زمـان جوشـكاري را نـام بـرد ولـيپارامترهاي مهم ديگري نيز در اين فرآيند تأثير دارد كه در اين فرمول نمايان نميباشد. حال بـه شـرحكامل همه پارامترهاي مؤثر ميپردازيم :

2-1- تأثير مقاومت الكتريكي
مدار ثانويه يك دسـتگاه جوشـكاري مقـاومتي نقطـهاي از يـك سـري مقاومـت تشـكيل شـده اسـت. بـه عبـارت ديگـرR در فرمـول ژول مجمـوع مقاومـت هـايي اسـت كـه در سيسـتم داريـم. بنـابراين گرماي توليد شده در هـر نقطـه اي در مـدار بـه طـور مسـتقيم بـا مقـدار مقاومـت الكتريكـي در آننقط ه متناس ب اس ت. در ش كل (2-1) توزي ع مقاوم ت و ح رارت در قطع ه ك ار و الكتروده ا در جوشكاري مقاومتي نقطهاي نمايش داده شده است[2].

(2) 2 و 6 : كــه مقاومــت الكتريكــي بــين الكتــرود و فلــز پايــه هســتند. مقــدار ايــن مقاومــت هــا بسـتگي بـه شـرايط سـطحي فلـز پايـه (قطعـه كـار) و الكتـرود، انـدازه و شـكل و سـطح الكتـرود و نيروي الكتـرود دارد . (مقاومـت بـه طـور معكـوس بـا نيـرو رابطـه دارد). در ايـن نقـاط گرمـاي زيـادناخواستهاي توليد مـي شـود. ايـن گرمـا سـطح فلـز پايـه را بـه دمـاي ذوبـش نخواهـد رسـاند زيـراالكترودهـا كـه هـدايت حرارتـي بـالايي دارنـد (1 و 7) و معمـولا بـا آب نيـز خنـك مـي شـوند ايـنگرما را منتقل خواهند نمود.
(3) 3 و 5 : كه مقاومـت الكتريكـي خـود فلـز پايـه هسـتند كـه بـا ضـخامت آن نسـبت مسـتقيم وبـا سـطح مقطـع مسـير جريـان نسـبت عكـس دارنـد . همچنـين جـنس ورقهـا نيـز عامـل بسـيار تاثيرگذاري بر اين مقاومتها خواهد بود.
(4) 4 : مقاومت فصل مشـترك فلـز پايـه در نقطـهاي كـه جـوش شـكل مـيگيـرد ، مـي باشـد . ايـننقطـه بـالاترين مقاومـت را دارد و بنـابراين نقطـهاي اسـت كـه بـالاترين حـرارت در آن توليـد مـي-شود. بايد توجـه نمـود كـه گرمـاي توليـد شـده در ايـن نقطـه مـورد نظـر مـا اسـت و بقيـه گرمـايتولي د ش ده بايس تي مح دودتر ش ود . ش كل (2-3) پروفي ل ه ا را بع د از گذش ت 20 درص د از زمان جوشكاري نشان مـي دهـد . بايـد توجـه نمـود كـه گرمـاي توليـد شـده در 2 و 6 بـه سـرعت ازطريـق الكترودهـاي مجـاور پراكنـده مـيشـود. در يـك فرآينـد جوشـكاري مقـاومتي نقطـهاي كـه بصــورت مناســبي كنتــرل مــي شــود در ابتــدا دمــاي نقــاط بــيشــماري از منطقــه تمــاس فصــلمشترك به نقطـه ذوب مـيرسـد و بـه سـرعت دگمـه جـوش شـكل مـيگيـرد [5]. فاكتورهـايي كـهبر گرماي توليد شده در منطقه اتصال (در يك جريان و زمان ثابت) اثر گذارند عبارتند از:
(1) مقاومـت الكتريكـي الكترودهـا و فلـز پايـه (2) مقاومـت تمـاس بـين الكترودهـا و قطعـه كـار و خود قطعه كار
2-2- تأثير شدت جريان جوشكاري
در فرمول ژول، شدت جريان الكتريكـي اثـر بيشـتري نسـبت بـه مقاومـت يـا مـدت زمـان در توليـدحـرارت دارد (بـه علـت داشـتن تـوان 2 در فرمـول ژول). بنـابراين يـك پـارامتر مهـم قابـل كنتـرل مــي باشــد. معمــولاً در جوشــكاري مقــاومتي در 70 درصــد مواقــع از جريــانAC و 30 درصــد مواقع از جريان DC استفاده مـي شـود. بيشـترين تـاثير جريـان بـر روي انـدازه دگمـه جـوش مـي-باشد. در شكل (2-2) تاثير مقدار شـدت جريـان بـر انـدازه قطـر دگمـه جـوش نقطـه اي بـه تصـويركشـيده شـده اسـت در حـالي كـه قطـر الكتـرود جوشـكاري و ضـخامت ورقهـاي مـورد جـوش در طول آزمون ثابت ميباشد[1و2و6].

نمودارهاي مقاومت الكتريكي و درجه حرارت در قسمتهاي مختلف اجزاء جوشكاري مقاومتي نقطهاي [2].

نمودارهاي مقاومت الكتريكي و درجه حرارت در قسمتهاي مختلف اجزاء جوشكاري مقاومتي نقطهاي [2].

2-1- تأثير مقاومت الكتريكي………………………………………………. 9
2-2- تأثير شدت جريان جوشكاري………………………………………. 11
2-3- تأثير مدت زمان جوشكاري…………………………………………. 14
2-4- تأثير نيروي الكترود جوشكاري……………………………………… 18
2-5- تأثير الكترود جوشكاري…………………………………………….. 20
2- 5-1- تأثير نوع و اندازه الكترود………………………………………….. 20
2- 5-2- تأثير سرد كردن الكترود………………………………………….. 24
2-6- تأثير شرايط سطحي………………………………………………… 25
2-7- تأثير تركيب شيميايي فلز……………………………………………. 25
2-8- تأثير پراكندگي حرارت………………………………………………. 26
2-9- تأثير تعادل حرارتي…………………………………………………. 28
2-10- تأثير طراحي اتصال………………………………………………… 30

فصل سوم : مكانيزم تشكيل دگمه جوش در فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي

رابطه بين نيرو، شدت جريان و زمان جوشكاري نقش مهمي در چگونگي تشكيل و رشد دگمـه جـوشدارد. خصوصيت بارز جوشكاري مقاومتي نقطهاي سرعت بالاي تشكيل جوش و شيب گرمـايي زيـاد درموضع جوش است. همزمان با به كار بردن نيروي الكترود و عبور جريان به صورت لحظه اي (حتي يك سيكل يا يك پنجاهم ثانيه) و وجود مقاومت هاي 1، 3 و 5 ، درجه حـرارت در سـطح مشـترك ورق والكترود و همچنين فصل مشترك ورق ها بالا مي رود. اگر چه مقاومت تماسي به سرعت پايين مي آيد اما به علت بالا رفتن درجه حرارت در سطح مشترك ورقها در موضـع جـوش ، مقاومـت الكتريكـي آنافزايش مييابد و منجر به ادامه افزايش درجه حرارت مي شود. بنابر اين اگر فلز داراي ضريب حرارتـيمقاومت الكتريكي (يا همان α) مثبت نباشد ( ρ=ρ0 +αT كـه 0ρ ضـريب مقاومـت الكتريكـي درصفر درجه، ρ ضريب مقاومت الكتريكي در درجـه حـرارتT مـي باشـد ) عمـل جوشـكاري مقـاومتي امكانپذير نميگردد. با ادامه عبور جريان دگمه مذابي در سطح مشترك دو ورق ايجـاد مـي شـود كـهقطر آن در ابتدا سريع و بعد به آهستگي افزايش مي يابد تا به بيشترين حد خود كه تقريباً 15 درصـدبزرگتر از قطر الكترود است، برسد[1و2].
در جوش نقطهاي اگر نيرو با اندازه الكترود مناسب باشد دگمه مذاب به سـلامت بـين سـطح مشـتركورق ها باقي ميماند. همزمان با هدايت حرارت به مناطق اطراف با ادامه زمان جوشكاري، الكتـرود بـهتدريج در سطح ورق فرو مي رود و ورق ها در اثر تغيير شكل پلاستيكي شروع به جدا شدن از هم (در اطراف موضع جوش) مي كنند. اين پديده محدوديت درافزايش شدت جريان و زمان را پيش مي آورد، چون در اين حالت ادامه عبور جريان الكتريكي از مذاب دگمه جوش، موجب ايجاد حالتهاي تلاطمي (اغتشاشي) در مذاب و در نتيجه بروز برخي مشكلات مـي شـود . فشـار و تغييـر شـكل پلاسـتيكي درمنطقه اطراف دگمه جوش حلقهاي ايجاد مي كند كه اگر اين حلقه به دلايلـي شكسـته شـود، مـذابدگمه جوش مي تواند به اطراف نفوذ كرده و جاري شود.نيـروي نامناسـب الكتـرود و سـطح مشـتركنامطلوب اين عمل را تشديد مي كنند كه اصطلاحاً آن را بيرون زدگي يا انفجـار مـي نامنـد و يكـي ازعيوب در جوش نقطه اي محسوب مي شود. گاه اين عمل در سطح تماس الكترود وكار نيز اتفـاق مـيافتد كه بيشتر در مورد فلزات بـا ضـريب مقاومـت الكتريكـي كـم مشـاهد شـده اسـت. شـكل (3-1) شماتيكي از مكانيزم تشكيل دگمه جوش (3-1- الف) و همچنين نمايي از مناطق مختلف حرارتـي درحوزه دگمه جوش مقاومتي (3-1- ب) را نشان ميدهد[1و2].

) شماتيكي از مكانيزم تشكيل دگمه جوش و (ب) نمايش مناطق مختلف حرارتي در حوزه   دگمه جوش مقاومتي [1و2].

) شماتيكي از مكانيزم تشكيل دگمه جوش و (ب) نمايش مناطق مختلف حرارتي در حوزه دگمه جوش مقاومتي [1و2].

3- 1- مزايا و معايب جوشكاري مقاومتي نقطهاي…………………………. 38

فصل چهارم : فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي غير همجنس Al/St، كاربردها و مشكلات آن

با توجه به شرح فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي در بخش هاي پيشين، فرآيند جوشكاري نقطـه اي غيرهمجنس Al/St نيز فرآيند مشابه را دارد ولي با توجه به اينكـه ورق هـاي مـورد جوشـكاري از دوجنس مختلف مي باشند شرايط جوشكاري كمي تغيير مي كند. همانطور كه ذكر شد براي جوشكاري نقطه اي فولادهاي ساده كربني مشكلي وجود ندارد ولي در مورد جوشكاري ورقهـاي آلومينيـومي بـاتوجه به خواص فيزيكي متفاوت همچون ضريب انتقال حـرارت بـالاي ايـن فلـز جوشـكاري مقـاومتينقطهاي آن سخت تر مي گردد. ضريب انتقال حرارت آلومينيوم دهها برابـر بـالاتر از فـولاد مـيباشـد . همانطور كه قبلاً Ranfeng Qiu و همكارانش [2و3] اشاره نمودهاند جوشكاري دو لايهاي ورق فولادي و آلومينيومي امكانپذير است ولي داراي خواص مكانيكي بسيار پاييني مي باشد بطـوري كـه غيرقابـلاطمينان ميباشد بدين جهت در كاربرد صنعتي از اين نوع اتصال استفاده نمي شـود . بنـابر اين از روش جوشكاري نقطهاي با تكنيك سه لايه استفاده شد بطوريكه يك ورق اضـافي از جـنس فـولاد بـا ابعـادكوچكتر در پشت ورق آلومينيـومي هنگـام جـوش اسـتفاده مـيشـود، ايـن بـدان معناسـت كـه ورقآلومينيـومي در بـين دولايـه ورق فـولادي قـرار مـي گيـرد و ايـن مشـكلات جوشـكاري دو لايـه اي غيرهمجنس را كاهش مي دهد . در ايـن فرآينـد ورق آلومينـومي كـه بـه نقطـه ذوب خـود در حـينجوشكاري مي رسد و بين دو لايه فولادي حبس شده و طي مدت زمان بسيار كوتاه منجمد مـي شـود .
تركيبات بينفلزي در فصل مشترك لايه آلومينيومي و فولادي تشكيل مي شود كه اين تركيبات پـساز انجماد باعث استحكام اتصال مي شوند. در اين فرآيند حداقل 9 مقاومت وجود دارد و ايـن مكـانيزم تشكيل دگمه جوش را كمي پيچيده تر مي كند ولي كليات مكانيزم تشكيل دگمه جوش تقريباً مشابه فرآيند جوشكاري دو لايه مي باشد. در فصل هاي بعدي به جزئيات بيشتر از ايـن نـوع فرآينـد و روشانجام جوشكاري مي پردازيم. شـكل (4-1) شـم اتيكي از فرآينـد جوشـكاري مقـاومتي نقطـه اي غيـرهمجنس Al/St با تكنيك سه لايه و نمايي از مقاومتهاي موجود در ايـن فرآينـد را نشـان مـيدهـد [5-3و9].
4-2- كاربردهاي جوشكاري نقطه اي غيرهمجنس Al/St
با توجه به اينكه فولاد وآلومينوم، هركدام داراي ويژگيهاي منحصر بـه فـرد و كـاربردي فراوانـي مـيباشند براي رسيدن به مزاياي هر دو فلز مي توانيم از هر دو آنها در ساخت يك قطعه يا وسيله صنعتي كاربردي استفاده نماييم. فولاد داراي اسـتحكام كششـي بـالا، انعطـاف پـذيري خـوب و ويژگـي هـايمهندسي مطلوبي مي باشد ولي در عوض داراي وزن سنگين و مشكلات خوردگي مي باشد. آلومينيويم داراي وزن سبك، مقاومت خوب به خوردگي ولي استحكام كششي پايين تر مي باشد. پـس بـا اتصـالدهي اين دو فلز در يك قطعه مـا مـي تـوانيم ويژگـي هـاي هـر دو فلـز را داشـته باشـيم. در صـنعتخودروسازي براي كاهش وزن خودرو و كاهش مشكلات زيسـت محيطـي و كـاهش مصـرف بنـزين وهمچنين صنعت هواپيماسازي كه به مقدار زياد از آلياژهاي آلومينيوم و فولاد استفاده مي شـود و نيـزدر لوازم خانگي براي ساخت قطعاتي كه براي مقاومت بيشتر به خـوردگي از آلومينيـوم اسـتفاده مـيشود از اين نوع فرآيند اتصال دهي استفاده مي كنيم تا با ويژگي خاص قطعـه هـم خصوصـيات ذاتـيفولاد و هم آلومينيوم را داشته باشيم[6-3].
اين كاربردها موارد جايگزيني محصولاتي مي باشد كه هم اكنون مصرف مي شود ولي با تغيير در روند توليد و انتخاب فلزات مناسبتر مي توانيم محصولات با كارآيي بالاتر و مقرون به صرفهتر توليد نماييم.
4-3- مشكلات فرآيند جوشكاري نقطه اي غير همجنس Al/St
با توجه به غيرهمجنس بودن قطعات مورد جوشكاري نقطه اي و اختلاف در خواص فيزيكي دو جـنسآلومينيوم و فولاد مشـكلات و مـوانعي در نحـوه جوشـكاري و خـواص مهندسـي حاصـل از ايـن روشجوشكاري وجود دارد. هر چند فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطه اي يكي از محدود روشهاي اتصـال دوفلز غير همجنس مي باشد ولي مشكلاتي از جمله اختلاف شديد هـدايت الكتريكـي و حرارتـي دو فلـز فولادي و آلومينيومي وجود دارد كه باعث مي شود يا دگمه جوش حاصل نشود و يا خواص قابل قبولي نداشته باشد. حال براي رسيدن به خواص مهندسي بهينه نقطه جوش بايد با تغيير در پارامترهاي مؤثر در اين نوع فرآيند به شرايط مناسب جهت داشتن اتصـ الي مناسـب و مسـتحكم از دو جـنس مختلـفبرسيم. همچنين براي حل مشكل انتقال حرارت آلومينيوم از يك قطعه اضافي به عنوان لايه پوشـانندهيا Cover plate استفاده مي كنيم كـه از جـنس فـولاد كـم كـربن مـي باشـد. ايـن قطعـه در حـينجوشكاري نيز به قطعه مونتاژ شده متصل مي شود و يك جزء اضافي بر روي قطعه كار است[5-3].

4- 1- فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي غير همجنس Al/St ا……………..39
4- 2- كاربرد هاي جوشكاري نقطهاي غير همجنس Al/St ا……………………40
4- 3- مشكلات فرآيند جوشكاري نقطهاي غير همجنس Al/St ا……………….41

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم : نتيجهگيري و پيشنهادها 

نتيجهگيري………………………………………………………………44
پيشنهادها……………………………………………………………….45
منابع و مراجع…………………………………………………………… 43
چكيده انگليسي……………………………………………………….. 48

فهرست شكلها

فصل اول : فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي
شكل 1-1 : نمايي شماتيك از فرآيند جوشكاري مقاومتي نقطهاي [7]………………..5
شكل 1-2 : شماتيكي از دستگاه جوشكاري مقاومتي نقطهاي و مقاومتهاي الكتريكي 6
فصل دوم : پارامترهاي مؤثر در جوشكاري مقاومتي نقطهاي
شكل 2-1: نمودارهاي مقاومت الكتريكي و درجه حرارت در قسمتهاي مختلف اجزاء جوشكاري نقطهاي[2]……………………………………………………………………….. 9
11 شكل 2-2 : تاثير ميزان جريان بر قطر دگمه جوش [1و2]……………………………..11.
12 شكل 2-3 : اثر شدت جريان جوشكاري بر استحكام برشي اتصال جوشكاري نقطهاي 12
13 شكل 2-4 : جريانهاي انحرافي در جوش نقطهاي دو طرفه [2و10]………………………13
شكل 2-5 : استحكام برشي اتصال جوشكاري نقطهاي بصورت تابعي از زمان جوشكاري [2] ………………………………………………………………………………………………………15
شكل 2-6 : سيكل جوشكاري تك پالس براي جوشكاري نقطه اي و زائده اي [2]………..17
شكل 2-7 : تاثير نيروي الكترود بر مقاومت الكتريكي تماسي [1و2]…………………………18
شكل 2-8 : شكلهاي دماغه الكترودهاي جوشكاري نقطه اي طبق استاندارد RWMA [1و2] ………………………………………………………………………………………………………22
شكل 2-9 : پخش حرارت به فلز پايه و الكترودها در طول جوشكاري مقاومتي [7]………. 26
شكل 2-10 : روشهاي افزايش تعادل حرارتي در جوشكاري نقطهاي آلياژهايي با هدايت الكتريكي متفاوت [2]……………………………………………………………………………… 29
31 شكل 2-11 : اثر فاصله لبه و روي هم افتادن نامناسب [2]……………………………..31.
32 شكل 2-12 : تطبيق نامناسب ورق در جوشكاري مقاومتي نقطه اي و جوش حاصل از آن [2و25]…………………………………………………………………………………………….32

Abstract:
In this thesis low carbon steel (St37) was joined with pure aluminum (A1050) by using Resistance Spot Welding. Effect of thermal welding parameters such as welding current and related time on microstructure and tensile shear strength of dissimilar joint which were studied. First tow layers welding technique was used but results were not acceptable therefore to obtain optimal mechanical properties of joint, three layers welding technique (third layer as a cover plate) was used. Microscopic studies in the joint by optical microscope and scanning electron microscopy (SEM) indicate various regions created in joint area. EDS spectra results show that metastable combinations (FeAl2 and Fe2Al5) created on frontier of two layers that called Reaction Layer. Micro hardness test show that this layer has the most hardness (about 380 HV) in comparison with the base metals
(H in steel sheet= 212 HV and H in Al sheet= 45 HV) with increasing of thickness of this reaction layer, the dissimilar tensile shear strength increases. This thesis indicates that with increasing of welding current (from 8KA to 13KA) and welding time (0.4 sec to 3 sec) the nugget diameter and thickness of reaction layer increases. Similarly, with increasing of said welding parameters to optimal condition the tensile shear strength also increases so that in welding current (I=13 KA) and welding time (t=1 sec), the tensile shear strength (FUTS weld joint= 4349 N) was more than tensile shear strength of two base metals (FUTS steel= 2342 N and
FUTS Al= 1921 N).



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان