چکیده

در این رساله اتصال غیر همجنس فولاد کم کربن (St37) و آلومینیوم خالص تجاری (A1050) بـهروش جوشکاری مقاومتی نقطهای و تأثیر پارامترهای جوشکاری (شدت جریان و مدت زمان) بـر ریـز-ساختار و استحکام برشی اتصال مورد بررسی قرار گرفت. در این رساله برای حصول خـواص مکـانیکیمطلوب در ناحیه اتصال از تکنیک جوشکاری نقطهای سه لایه (لایه سوم به عنـوان ورق پوشـاننده یـاCover Plate) استفاده شد. لازم به ذکر است که تمام تلاش ها برای رسـیدن بـه اتصـال قابـل قبـولتوسط تکنیـک جوشـکاری دو لایـه بـینتیجـه مانـد . مطالعـات میکروسـکوپی ناحیـه اتصـال توسـطمیکروسکوپهای نوری و الکترونی روبشی (SEM) حاکی از تشکیل نواحی و اجزای مختلف در ناحیـهاتصال بود. همچنین مطالعات آنالیز شیمیایی EDS تشکیل ترکیبـات بـینفلـزی 2FeAl و 5Fe2Al در منطقه مرزی بین لایهای موسوم بـه لایـه واکنشـی نفـوذی (Reaction Layer) را نشـان داد . آزمـونمیکروسختی نشان داد که این لایه دارای سختی بیشتر (در حـدود380HV ) نسـبت بـه فلـزات پایـه(حداکثر سختی در ورق پایه فولادی 212HV و حـداکثر سـختی در ورق پایـه آلومینیـومی 45HV) میباشد. با افزایش ضخامت این لایه واکنشی نفوذی استحکام برشی اتصال غیـرهمجنس نیـز افـزایشمی یابد. بررسیهای انجام شده حاکی از بزرگ شـدن قطـر دگمـه جـوش و همچنـین ضـخامت لایـهواکنشی نفوذی با افزایش شدت جریان (با افزایش شـدت جریـان از8KA تـا13KA ) و مـدت زمـانجوشکاری (با افزایش مدت زمان تا 1sec) میباشد. به طور مشابه با افزایش پارامترهـای جوشـکاریمذکور تا حد بهینه، استحکام برشی اتصـال نیـز افـزایش مـی یابـد بـه طـوری کـه در شـدت جریـانجوشـکاری 13 کیلـو آمپـر و مـدت زمـان جوشـکاری 1 ثانیـه ، اسـتحکام برشـی اتصـال (FUTS Weld
joint=4349N) از استحکام کششی دو فلز پایه (FUTS Steel=2342N و FUTS Al=1921N) بیشتر بود.

مقدمه

فولاد و آلومینیوم دو آلیاژ صـنعتی متـداول و مـورد کـاربرد در سـطح دنیـا مـی باشـند کـه بـه علـتخصوصیات مهندسی مطلوب و قیمت نسبتاً مناسب در بسیاری از صنایع کـاربرد دار نـ د . فـولاد دارایخواص مکانیکی مطلوب و آلومینیوم دارای وزن سبک و مقاومت به خوردگی مناسب میباشـد . کـاربرداین دو فلز در کنارهم موجب افزایش بهرهوری از محصول تولیدی میشود چون ویژگی های هـر دو رادارا میباشد. در دنیا و همچنین ایران از اتصال دهـی مسـتقیم ایـن دو فلـز در صـنایع خودروسـازی، کشتی سازی، هواپیما سازی و لوازم خانگی کمتر استفاده شده اسـت بنـابراین در ایـن سـمینار بـرایرسیدن به اتصالی مناسب که دارای خواص مکانیکی مطلـوب نیـز باشـد تـلاش شـده اسـت. یکـی ازبهترین روش های اتصالدهی دائمی دو ورق فولاد و آلومینیوم، روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای می-باشد چون این دو فلز دارای ویژگیهای حرارتی و فیزیکی متفاوت از جمله نقطه ذوب و ضریب انتقـالحرارتی مختلف میباشند و این اختلافها زیاد میباشد. پیونددهی این دو آلیاژ دارای مشکلات فراوانی است که با بررسیهای انجام شده روش جوشکاری مقاومتی نقطهای با تکنیک سه لایه بهترین فرآینـد برای این نوع اتصال غیرهمجنس میباشد. جوشکاری مقاومتی نقطهای فرآیندی متـداول و نسـبتاً کـمهزینه در صنعت میباشد که میتوان با انجام این نوع اتصال در شرایط ایـده آل و مناسـب بـه خـواصمکانیکی مطلوب رسید. این نوع فرآیند پیچیدگی زیادی ندارد و اتصال حاصله به صورت دائمـی مـی-باشد و حتی برای تعمیر قطعات فرسوده نیز میتوان از این روش پیونددهی با کمترین هزینـه ممکـن، استفاده نمود. البته مشکلاتی نیز وجود دارد که از جمله می توان بـه اخـتلاف ضـریب انتقـال حـرارتآلومینیوم و فولاد اشاره نمود که این فرآیند را از حالت جوشکاری مقاومتی نقطهای دو فلـز همجـنسپیچیدهتر میسازد. حال به منظور استفاده از این نوع اتصالدهی در صنایع خوروسـازی ، حمـل و نقـلهوایی و همچنین لوازم خانگی برای کـاهش وزن قطعـات تولیـدی و کـاهش آلـودگی محـیط زیسـتهمچنین کاهش مشکلات خوردگی این سمینار به بررسی پارامترهای مؤثر در ایـن نـوع فرآینـد بـرایرسیدن به اتصالی با ویژگی های مطلوب مکانیکی میپردازد. امید است با متداول شدن این فرآینـد درصنایع فوق در ایران و دیگر کشورها از مشکلات آلودگی محیط زیسـت ک اسـته شـده و عمـر قطعـاتصنعتی از جمله لوازم خانگی به علت مشکلات خـوردگی افـزایش یابـد. اتصـال قابـل اطمینـان بـرایپیونددهی دو فلز غیر همجنس فولاد و آلومینیوم به روش جوشکاری مقاومتی نقطهای با تکنیـک سـهلایه در این تحقیق مورد تجزیه و تحلیل واقع شد. در این راستا، تـأثیر پارمترهـای مـؤثر بـر ایـن نـوعاتصال از قبیل شدت جریان و مدت زمان جوشکاری بر استحکام کششی اتصال مورد بررسی و تحلیـلقرار گرفت. همچنین مطالعات دقیقی در مورد تغییرات ریزساختاری در آلیاژ پایه و حوزه دگمه جـوشانجام پذیرفت. سپس مکانیزم تشکیل اجـزای مختلـف در ناحیـه اتصـال غیـرهمجنس و ارتبـاط بـینریزساختار و خواص مکانیکی نمونه های اتصال داده شده تعیین گردید. براساس نتایج حاصله، آزمایش ها به هدف کلی این سمینار یعنی بررسی شرایط بهینه برای اتصال مطمئن دو فلز غیرهمجنس فـولادو آلومینیوم با خواص مکانیکی مناسب سوق داده شد. سمینار حاضر در شش فصل گردآوری و تـدوینگردیده است و میتوان آن را به عنوان یک شروع ومقدمهای برای بومی نمودن و کـاربرد صـنعتی ایـنروش اتصال دهی در صنایع داخلی کشور به حساب آورد.

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

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………….1
مقدمه…………………………………………………………….2

فصل اول : فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای 4

در این فرآیند بین دو سطح با اعمال حرارت و فشار به صورت همزمان اتصال صورت مـی گیـرد بـدینصورت که فلزات به دلیل دارا بودن مقاومت الکتریکی، در اثر عبور جریان الکتریکی گرم شـده و حتـیبه حالت ذوب نیز میرسند. طبق قانون ژول حرارت حاصل شده با رابطه Q = kRI2t تعیین مـی شـودکه در آن I شدت جریان جوشکاری (آمپر)، R مقاومـت الکتریکـی (اهـم )، t مـدت زمـان جوشـکاری(ثانیه) و Q حرارت ایجاد شده (ژول) میباشد [1]. در ادامه در مورد تأثیر پارامترهـای جوشـکاری بـرکیفیت جوش بحث خواهیم نمود.
حرارت در فرآیندهای قوس الکتریکی بر روی قطعه کار به وسیله هدایت و تشعشع توزیع میشـود امـادر فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای حرارت در داخـل ورق هـا و سـطح مشـترک دو ورق در موضـعاتصال در اثر عبور جریان الکتریکی تولید و منتشر میشود که این جریان الکتریکی از طریق الکترودها و تماس آنها به سطح کار منتقل میشود.
فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای برای اتصال ورقها به شکل لبه رویهم، سیم به ورق و یا سیم بر-روی سیم به کار برده میشود و یکی از فرآیندهای مقاومتی مـی باشـد کـه در آن اتصـال در اثـر ذوبموضعی به وسیله تمرکز جریان الکتریکی بین الکترودهای استوانهای انجام مـی شـود . ایـن فرآینـد درسطح وسیعی در صنایع اتومبیل سازی و لوازم خانگی و غیره به کار میرود. همانطور که قـبلاً اشـارهشد قطعه کار بین الکترودها تحـت فشـار قـرار گرفتـه و جریـان از طریـق ترانسـفورماتور و بازوهـا ازالکترودها و سپس قطعه کار عبور میکند. جوش به صورت دگمه یا دیسکهایی بین دو لایه ورق قرار گرفته بر روی هم به وجود میآید[2و3].
متغیرهای شدت جریان و زمان جوشکاری از طریق دستگاه جوش قابل کنتـرل هسـتند امـا مقاومـتالکتریکی به عوامل مختلفی از جمله جنس و ضخامت قطعه کار، فشار بین الکترودها، انـدازه، شـکل وجنس الکترودها و چگونگی سطح کار یعنی صافی و تمیزی آن بستگی دارد. شکل (1-2) شمای کلـیدستگاه و مقاومتهای مختلف موجود بر سر راه عبور جریان را نشان میدهد[1].

مقاومت 3 که همان مقاومت تماسی بین دو ورق است مهمترین قسمت مـی باشـد . اگـر فلـزات دارایمقاومت الکتریکی کم باشند مقاومتهای 1 و 3 و 5 اهمیت بیشتری پیدا میکنند. مقاومتهـای 2 و 4 بستگی به ضریب مقاومت الکتریکی و درجه حـرارت قطعـه کـار دارد. مقاومـت هـای 1 و 5 ناخواسـتههستند و باید آنها را تا حد امکان کاهش داد. تمیزی سطح کار و الکترودها و نیـروی فشـاری وارد بـرالکترودها عوامل کاهش دهنده این مقاومتها میباشند[1و2].
از نظر اقتصادی لازم است که مدت زمان عبور جریان تا حد امکان کاهش یابد. در نتیجه یـک جریـانالکتریکی لحظهای بالا در حدود 3 تا 100 کیلو آمپر با ولتاژ 5/0 الی 10 ولت مورد نیـاز اسـت. انجـامموفقیت آمیز انواع مختلف روشهای جوشکاری مقاومتی به روش ایجاد مقاومت موضعی بالا و تمرکـزحرارت در نقطه مورد نظر ارتباط دارد، ولی به هر حال تماس فیزیکی بـین الکترودهـای ناقـل جریـانالکتریکی و قسمتهایی که باید متصل شوند نیز مورد نیاز است. به طور کلـی فرآینـدهای جوشـکاریمقاومتی یکی از بهترین روشها برای اتصالات سری و تولید انبوه یک محصول است.
دستگاههای جوشکاری مقاومتی شامل دو واحد کلی هستند که یکـی واحـد الکتریکـی (عامـل ایجـادحرارت) و دیگری واحد مکانیکی (عامل ایجاد و اعمال نیروی فشاری) میباشد. اولی باعـث بـالا بـردندرجه حرارت موضع مورد جوش و دومی سبب ایجاد فشار لازم برای اتصال دو قطعه لبـه روی هـم درمحل جوش میشود. منبع معمولی تأمین انرژی الکتریکی، جریان متناوب 220 یا 250 ولت است کـهبرای پایین آوردن ولتاژ و افزایش شدت جریان (به مقـدار مـورد لـزوم بـرای جوشـکاری مقـاومتی) از ترانسفورماتور استفاده میشود. در این ترانسفورماتورها سیم پیچ اولیه دارای سیمهـای نـازکتـر و دوربیشتر است و سیم پیچ ثانویه با سیم های ضخیمتر و دور کمتر (اغلب یک دور) بـه الکترودهـا متصـلمیشود.
جریان الکتریکی از طریق دو الکترود (فکها) به قطعه کار و موضع جوش هدایت میشود کـه معمـولاًالکترود پایینی ثابت و الکترود بالایی متحرک است. الکترودهـا هماننـد گیـره یـا فـک دو قطعـه را دروضعیت لازم در کنار یکدیگر نگه میدارند و جریان الکتریکی برای لحظهای معین عبـور مـیکنـد کـهاین امر سبب ایجاد حرارت موضعی زیر دو الکترود در سطح مشترک دو ورق میشود. جریان الکتریکی در سطح تماس باعث ذوب منطقه کوچکی از دو سطح شده و پس از قطع جریان و اعمال فشار معـینو انجماد آن، دو قطعه به یکدیگر متصل میشوند.
شکل هندسی الکترودها در فرآیندهای مختلف جوشکاری مقـا ومتی ممکـن اسـت متفـاوت باشـد[2].

شماتیکی از دستگاه جوشکاری مقاومتی نقطهای و مقاومتهای الکتریکی

شماتیکی از دستگاه جوشکاری مقاومتی نقطهای و مقاومتهای الکتریکی

فصل دوم : پارامترهای مؤثر در جوشکاری مقاومتی نقطهای 9

با توجه به فرمول بنیادی فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای (فرمـول ژول ) Q = kRI2t مـی تـوان سـهپارامتر مهم از جملـه مقاومـت الکتریکـی، شـدت جریـان و مـدت زمـان جوشـکاری را نـام بـرد ولـیپارامترهای مهم دیگری نیز در این فرآیند تأثیر دارد که در این فرمول نمایان نمیباشد. حال بـه شـرحکامل همه پارامترهای مؤثر میپردازیم :

2-1- تأثیر مقاومت الکتریکی
مدار ثانویه یک دسـتگاه جوشـکاری مقـاومتی نقطـهای از یـک سـری مقاومـت تشـکیل شـده اسـت. بـه عبـارت دیگـرR در فرمـول ژول مجمـوع مقاومـت هـایی اسـت کـه در سیسـتم داریـم. بنـابراین گرمای تولید شده در هـر نقطـه ای در مـدار بـه طـور مسـتقیم بـا مقـدار مقاومـت الکتریکـی در آننقط ه متناس ب اس ت. در ش کل (2-1) توزی ع مقاوم ت و ح رارت در قطع ه ک ار و الکتروده ا در جوشکاری مقاومتی نقطهای نمایش داده شده است[2].

(2) 2 و 6 : کــه مقاومــت الکتریکــی بــین الکتــرود و فلــز پایــه هســتند. مقــدار ایــن مقاومــت هــا بسـتگی بـه شـرایط سـطحی فلـز پایـه (قطعـه کـار) و الکتـرود، انـدازه و شـکل و سـطح الکتـرود و نیروی الکتـرود دارد . (مقاومـت بـه طـور معکـوس بـا نیـرو رابطـه دارد). در ایـن نقـاط گرمـای زیـادناخواستهای تولید مـی شـود. ایـن گرمـا سـطح فلـز پایـه را بـه دمـای ذوبـش نخواهـد رسـاند زیـراالکترودهـا کـه هـدایت حرارتـی بـالایی دارنـد (1 و 7) و معمـولا بـا آب نیـز خنـک مـی شـوند ایـنگرما را منتقل خواهند نمود.
(3) 3 و 5 : که مقاومـت الکتریکـی خـود فلـز پایـه هسـتند کـه بـا ضـخامت آن نسـبت مسـتقیم وبـا سـطح مقطـع مسـیر جریـان نسـبت عکـس دارنـد . همچنـین جـنس ورقهـا نیـز عامـل بسـیار تاثیرگذاری بر این مقاومتها خواهد بود.
(4) 4 : مقاومت فصل مشـترک فلـز پایـه در نقطـهای کـه جـوش شـکل مـیگیـرد ، مـی باشـد . ایـننقطـه بـالاترین مقاومـت را دارد و بنـابراین نقطـهای اسـت کـه بـالاترین حـرارت در آن تولیـد مـی-شود. باید توجـه نمـود کـه گرمـای تولیـد شـده در ایـن نقطـه مـورد نظـر مـا اسـت و بقیـه گرمـایتولی د ش ده بایس تی مح دودتر ش ود . ش کل (2-3) پروفی ل ه ا را بع د از گذش ت 20 درص د از زمان جوشکاری نشان مـی دهـد . بایـد توجـه نمـود کـه گرمـای تولیـد شـده در 2 و 6 بـه سـرعت ازطریـق الکترودهـای مجـاور پراکنـده مـیشـود. در یـک فرآینـد جوشـکاری مقـاومتی نقطـهای کـه بصــورت مناســبی کنتــرل مــی شــود در ابتــدا دمــای نقــاط بــیشــماری از منطقــه تمــاس فصــلمشترک به نقطـه ذوب مـیرسـد و بـه سـرعت دگمـه جـوش شـکل مـیگیـرد [5]. فاکتورهـایی کـهبر گرمای تولید شده در منطقه اتصال (در یک جریان و زمان ثابت) اثر گذارند عبارتند از:
(1) مقاومـت الکتریکـی الکترودهـا و فلـز پایـه (2) مقاومـت تمـاس بـین الکترودهـا و قطعـه کـار و خود قطعه کار
2-2- تأثیر شدت جریان جوشکاری
در فرمول ژول، شدت جریان الکتریکـی اثـر بیشـتری نسـبت بـه مقاومـت یـا مـدت زمـان در تولیـدحـرارت دارد (بـه علـت داشـتن تـوان 2 در فرمـول ژول). بنـابراین یـک پـارامتر مهـم قابـل کنتـرل مــی باشــد. معمــولاً در جوشــکاری مقــاومتی در 70 درصــد مواقــع از جریــانAC و 30 درصــد مواقع از جریان DC استفاده مـی شـود. بیشـترین تـاثیر جریـان بـر روی انـدازه دگمـه جـوش مـی-باشد. در شکل (2-2) تاثیر مقدار شـدت جریـان بـر انـدازه قطـر دگمـه جـوش نقطـه ای بـه تصـویرکشـیده شـده اسـت در حـالی کـه قطـر الکتـرود جوشـکاری و ضـخامت ورقهـای مـورد جـوش در طول آزمون ثابت میباشد[1و2و6].

نمودارهای مقاومت الکتریکی و درجه حرارت در قسمتهای مختلف اجزاء جوشکاری مقاومتی نقطهای [2].

نمودارهای مقاومت الکتریکی و درجه حرارت در قسمتهای مختلف اجزاء جوشکاری مقاومتی نقطهای [2].

2-1- تأثیر مقاومت الکتریکی………………………………………………. 9
2-2- تأثیر شدت جریان جوشکاری………………………………………. 11
2-3- تأثیر مدت زمان جوشکاری…………………………………………. 14
2-4- تأثیر نیروی الکترود جوشکاری……………………………………… 18
2-5- تأثیر الکترود جوشکاری…………………………………………….. 20
2- 5-1- تأثیر نوع و اندازه الکترود………………………………………….. 20
2- 5-2- تأثیر سرد کردن الکترود………………………………………….. 24
2-6- تأثیر شرایط سطحی………………………………………………… 25
2-7- تأثیر ترکیب شیمیایی فلز……………………………………………. 25
2-8- تأثیر پراکندگی حرارت………………………………………………. 26
2-9- تأثیر تعادل حرارتی…………………………………………………. 28
2-10- تأثیر طراحی اتصال………………………………………………… 30

فصل سوم : مکانیزم تشکیل دگمه جوش در فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای

رابطه بین نیرو، شدت جریان و زمان جوشکاری نقش مهمی در چگونگی تشکیل و رشد دگمـه جـوشدارد. خصوصیت بارز جوشکاری مقاومتی نقطهای سرعت بالای تشکیل جوش و شیب گرمـایی زیـاد درموضع جوش است. همزمان با به کار بردن نیروی الکترود و عبور جریان به صورت لحظه ای (حتی یک سیکل یا یک پنجاهم ثانیه) و وجود مقاومت های 1، 3 و 5 ، درجه حـرارت در سـطح مشـترک ورق والکترود و همچنین فصل مشترک ورق ها بالا می رود. اگر چه مقاومت تماسی به سرعت پایین می آید اما به علت بالا رفتن درجه حرارت در سطح مشترک ورقها در موضـع جـوش ، مقاومـت الکتریکـی آنافزایش مییابد و منجر به ادامه افزایش درجه حرارت می شود. بنابر این اگر فلز دارای ضریب حرارتـیمقاومت الکتریکی (یا همان α) مثبت نباشد ( ρ=ρ0 +αT کـه 0ρ ضـریب مقاومـت الکتریکـی درصفر درجه، ρ ضریب مقاومت الکتریکی در درجـه حـرارتT مـی باشـد ) عمـل جوشـکاری مقـاومتی امکانپذیر نمیگردد. با ادامه عبور جریان دگمه مذابی در سطح مشترک دو ورق ایجـاد مـی شـود کـهقطر آن در ابتدا سریع و بعد به آهستگی افزایش می یابد تا به بیشترین حد خود که تقریباً 15 درصـدبزرگتر از قطر الکترود است، برسد[1و2].
در جوش نقطهای اگر نیرو با اندازه الکترود مناسب باشد دگمه مذاب به سـلامت بـین سـطح مشـترکورق ها باقی میماند. همزمان با هدایت حرارت به مناطق اطراف با ادامه زمان جوشکاری، الکتـرود بـهتدریج در سطح ورق فرو می رود و ورق ها در اثر تغییر شکل پلاستیکی شروع به جدا شدن از هم (در اطراف موضع جوش) می کنند. این پدیده محدودیت درافزایش شدت جریان و زمان را پیش می آورد، چون در این حالت ادامه عبور جریان الکتریکی از مذاب دگمه جوش، موجب ایجاد حالتهای تلاطمی (اغتشاشی) در مذاب و در نتیجه بروز برخی مشکلات مـی شـود . فشـار و تغییـر شـکل پلاسـتیکی درمنطقه اطراف دگمه جوش حلقهای ایجاد می کند که اگر این حلقه به دلایلـی شکسـته شـود، مـذابدگمه جوش می تواند به اطراف نفوذ کرده و جاری شود.نیـروی نامناسـب الکتـرود و سـطح مشـترکنامطلوب این عمل را تشدید می کنند که اصطلاحاً آن را بیرون زدگی یا انفجـار مـی نامنـد و یکـی ازعیوب در جوش نقطه ای محسوب می شود. گاه این عمل در سطح تماس الکترود وکار نیز اتفـاق مـیافتد که بیشتر در مورد فلزات بـا ضـریب مقاومـت الکتریکـی کـم مشـاهد شـده اسـت. شـکل (3-1) شماتیکی از مکانیزم تشکیل دگمه جوش (3-1- الف) و همچنین نمایی از مناطق مختلف حرارتـی درحوزه دگمه جوش مقاومتی (3-1- ب) را نشان میدهد[1و2].

) شماتیکی از مکانیزم تشکیل دگمه جوش و (ب) نمایش مناطق مختلف حرارتی در حوزه   دگمه جوش مقاومتی [1و2].

) شماتیکی از مکانیزم تشکیل دگمه جوش و (ب) نمایش مناطق مختلف حرارتی در حوزه دگمه جوش مقاومتی [1و2].

3- 1- مزایا و معایب جوشکاری مقاومتی نقطهای…………………………. 38

فصل چهارم : فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای غیر همجنس Al/St، کاربردها و مشکلات آن

با توجه به شرح فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای در بخش های پیشین، فرآیند جوشکاری نقطـه ای غیرهمجنس Al/St نیز فرآیند مشابه را دارد ولی با توجه به اینکـه ورق هـای مـورد جوشـکاری از دوجنس مختلف می باشند شرایط جوشکاری کمی تغییر می کند. همانطور که ذکر شد برای جوشکاری نقطه ای فولادهای ساده کربنی مشکلی وجود ندارد ولی در مورد جوشکاری ورقهـای آلومینیـومی بـاتوجه به خواص فیزیکی متفاوت همچون ضریب انتقال حـرارت بـالای ایـن فلـز جوشـکاری مقـاومتینقطهای آن سخت تر می گردد. ضریب انتقال حرارت آلومینیوم دهها برابـر بـالاتر از فـولاد مـیباشـد . همانطور که قبلاً Ranfeng Qiu و همکارانش [2و3] اشاره نمودهاند جوشکاری دو لایهای ورق فولادی و آلومینیومی امکانپذیر است ولی دارای خواص مکانیکی بسیار پایینی می باشد بطـوری کـه غیرقابـلاطمینان میباشد بدین جهت در کاربرد صنعتی از این نوع اتصال استفاده نمی شـود . بنـابر این از روش جوشکاری نقطهای با تکنیک سه لایه استفاده شد بطوریکه یک ورق اضـافی از جـنس فـولاد بـا ابعـادکوچکتر در پشت ورق آلومینیـومی هنگـام جـوش اسـتفاده مـیشـود، ایـن بـدان معناسـت کـه ورقآلومینیـومی در بـین دولایـه ورق فـولادی قـرار مـی گیـرد و ایـن مشـکلات جوشـکاری دو لایـه ای غیرهمجنس را کاهش می دهد . در ایـن فرآینـد ورق آلومینـومی کـه بـه نقطـه ذوب خـود در حـینجوشکاری می رسد و بین دو لایه فولادی حبس شده و طی مدت زمان بسیار کوتاه منجمد مـی شـود .
ترکیبات بینفلزی در فصل مشترک لایه آلومینیومی و فولادی تشکیل می شود که این ترکیبات پـساز انجماد باعث استحکام اتصال می شوند. در این فرآیند حداقل 9 مقاومت وجود دارد و ایـن مکـانیزم تشکیل دگمه جوش را کمی پیچیده تر می کند ولی کلیات مکانیزم تشکیل دگمه جوش تقریباً مشابه فرآیند جوشکاری دو لایه می باشد. در فصل های بعدی به جزئیات بیشتر از ایـن نـوع فرآینـد و روشانجام جوشکاری می پردازیم. شـکل (4-1) شـم اتیکی از فرآینـد جوشـکاری مقـاومتی نقطـه ای غیـرهمجنس Al/St با تکنیک سه لایه و نمایی از مقاومتهای موجود در ایـن فرآینـد را نشـان مـیدهـد [5-3و9].
4-2- کاربردهای جوشکاری نقطه ای غیرهمجنس Al/St
با توجه به اینکه فولاد وآلومینوم، هرکدام دارای ویژگیهای منحصر بـه فـرد و کـاربردی فراوانـی مـیباشند برای رسیدن به مزایای هر دو فلز می توانیم از هر دو آنها در ساخت یک قطعه یا وسیله صنعتی کاربردی استفاده نماییم. فولاد دارای اسـتحکام کششـی بـالا، انعطـاف پـذیری خـوب و ویژگـی هـایمهندسی مطلوبی می باشد ولی در عوض دارای وزن سنگین و مشکلات خوردگی می باشد. آلومینیویم دارای وزن سبک، مقاومت خوب به خوردگی ولی استحکام کششی پایین تر می باشد. پـس بـا اتصـالدهی این دو فلز در یک قطعه مـا مـی تـوانیم ویژگـی هـای هـر دو فلـز را داشـته باشـیم. در صـنعتخودروسازی برای کاهش وزن خودرو و کاهش مشکلات زیسـت محیطـی و کـاهش مصـرف بنـزین وهمچنین صنعت هواپیماسازی که به مقدار زیاد از آلیاژهای آلومینیوم و فولاد استفاده می شـود و نیـزدر لوازم خانگی برای ساخت قطعاتی که برای مقاومت بیشتر به خـوردگی از آلومینیـوم اسـتفاده مـیشود از این نوع فرآیند اتصال دهی استفاده می کنیم تا با ویژگی خاص قطعـه هـم خصوصـیات ذاتـیفولاد و هم آلومینیوم را داشته باشیم[6-3].
این کاربردها موارد جایگزینی محصولاتی می باشد که هم اکنون مصرف می شود ولی با تغییر در روند تولید و انتخاب فلزات مناسبتر می توانیم محصولات با کارآیی بالاتر و مقرون به صرفهتر تولید نماییم.
4-3- مشکلات فرآیند جوشکاری نقطه ای غیر همجنس Al/St
با توجه به غیرهمجنس بودن قطعات مورد جوشکاری نقطه ای و اختلاف در خواص فیزیکی دو جـنسآلومینیوم و فولاد مشـکلات و مـوانعی در نحـوه جوشـکاری و خـواص مهندسـی حاصـل از ایـن روشجوشکاری وجود دارد. هر چند فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای یکی از محدود روشهای اتصـال دوفلز غیر همجنس می باشد ولی مشکلاتی از جمله اختلاف شدید هـدایت الکتریکـی و حرارتـی دو فلـز فولادی و آلومینیومی وجود دارد که باعث می شود یا دگمه جوش حاصل نشود و یا خواص قابل قبولی نداشته باشد. حال برای رسیدن به خواص مهندسی بهینه نقطه جوش باید با تغییر در پارامترهای مؤثر در این نوع فرآیند به شرایط مناسب جهت داشتن اتصـ الی مناسـب و مسـتحکم از دو جـنس مختلـفبرسیم. همچنین برای حل مشکل انتقال حرارت آلومینیوم از یک قطعه اضافی به عنوان لایه پوشـانندهیا Cover plate استفاده می کنیم کـه از جـنس فـولاد کـم کـربن مـی باشـد. ایـن قطعـه در حـینجوشکاری نیز به قطعه مونتاژ شده متصل می شود و یک جزء اضافی بر روی قطعه کار است[5-3].

4- 1- فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای غیر همجنس Al/St ا……………..39
4- 2- کاربرد های جوشکاری نقطهای غیر همجنس Al/St ا……………………40
4- 3- مشکلات فرآیند جوشکاری نقطهای غیر همجنس Al/St ا……………….41

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

فصل پنجم : نتیجهگیری و پیشنهادها 

نتیجهگیری………………………………………………………………44
پیشنهادها……………………………………………………………….45
منابع و مراجع…………………………………………………………… 43
چکیده انگلیسی……………………………………………………….. 48

فهرست شکلها

فصل اول : فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای
شکل 1-1 : نمایی شماتیک از فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطهای [7]………………..5
شکل 1-2 : شماتیکی از دستگاه جوشکاری مقاومتی نقطهای و مقاومتهای الکتریکی 6
فصل دوم : پارامترهای مؤثر در جوشکاری مقاومتی نقطهای
شکل 2-1: نمودارهای مقاومت الکتریکی و درجه حرارت در قسمتهای مختلف اجزاء جوشکاری نقطهای[2]……………………………………………………………………….. 9
11 شکل 2-2 : تاثیر میزان جریان بر قطر دگمه جوش [1و2]……………………………..11.
12 شکل 2-3 : اثر شدت جریان جوشکاری بر استحکام برشی اتصال جوشکاری نقطهای 12
13 شکل 2-4 : جریانهای انحرافی در جوش نقطهای دو طرفه [2و10]………………………13
شکل 2-5 : استحکام برشی اتصال جوشکاری نقطهای بصورت تابعی از زمان جوشکاری [2] ………………………………………………………………………………………………………15
شکل 2-6 : سیکل جوشکاری تک پالس برای جوشکاری نقطه ای و زائده ای [2]………..17
شکل 2-7 : تاثیر نیروی الکترود بر مقاومت الکتریکی تماسی [1و2]…………………………18
شکل 2-8 : شکلهای دماغه الکترودهای جوشکاری نقطه ای طبق استاندارد RWMA [1و2] ………………………………………………………………………………………………………22
شکل 2-9 : پخش حرارت به فلز پایه و الکترودها در طول جوشکاری مقاومتی [7]………. 26
شکل 2-10 : روشهای افزایش تعادل حرارتی در جوشکاری نقطهای آلیاژهایی با هدایت الکتریکی متفاوت [2]……………………………………………………………………………… 29
31 شکل 2-11 : اثر فاصله لبه و روی هم افتادن نامناسب [2]……………………………..31.
32 شکل 2-12 : تطبیق نامناسب ورق در جوشکاری مقاومتی نقطه ای 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