انتخاب صفحه

چکیده:

جوشکاری لیزری یکی از روشهای پرکاربرد و مؤثر برای اتصال مواد مختلف در صنایع گوناگون به شمار می آید. هدف در این پایان نامه پیش بینی و بهینه سازی خواص مطلوب جوش فولاد زنگ نزن 316 در فرآیند جوشکاری لیزری YAG :Nd با استفاده از روش طراحی آزمایش ها می باشد. برای این منظور پارامترهای خاصی از فرآیند مانند: توان لیزر، سرعت جوشکاری و موقعیت کانونی اشعه انتخاب شدند تا تأثیر آنها بر خواص مکانیکی و هندسه جوش بررسی شود. نتایج با استفاده از آنالیز واریانس و سیگنال به نویز تحلیل شدند. برای پیش بینی هر یک از مشخصات با پاسخ های استحکام کششی، عمق نفوذ و پهنای جوش در بالا و پهنای جوش در میانه، مدل های ریاضی بدست آمد، همچنین درباره چگونگی اثر گذاری هر یک از پارامترها بر روی این پاسخ ها بحث شد. نمودارهای اثرات اصلی پارامترها روی پاسخ توسط نرم افزار 15ITABMIN بدست آمد و ترکیب بهینه پارامترها که منجر به پاسخ بهینه می شود نیز مشخص گردید. همچنین مطالعه روی ریزساختار و ریزسختی جوش انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد روش طراحی آزمایش ها به روش تاگوچی می تواند برای بررسی اثر پارامترهای مختلف فرآیند جوشکاری لیزری بر روی هندسه جوش و استحکام جوش حاصل بکار رود و با این روش می توان به پاسخ بهینه مورد نظر دست یافت همچنین نتایج بدست آمده با این روش کمترین حساسیت را نسبت به فاکتورهای غیر قابل کنترل فرآیند (نویز) دارد. مهمترین پارامترهای مؤثر بر عمق نفوذ جوش. پهنای جوش و استحکام کششی به ترتیب موقعیت کانونی اشعه، سرعت جوشکاری و موقعیت کانونی پرتو می باشند. استحکام کششی بهینه. معادل ۴۲۸ Mpa بود که در سرعت 75/2 s/mm، توان 210W و محل تمرکز اشعه 6/0 mm زیر سطح ورق، بدست آمد.

واژگان کلیدی: جوشکاری لیزری (LBW)، خواص میکانیکی، هندسه جوش، زیرساختار، ریزسختی، استحکام کششی، روش تاگوچی، طراحی آزمایش ها

فهرست عناوین:

فصل اول:مقدمه

جوشکاری یکی از روش های اتصال دائمی قطعات و مهمترین روش اتصال فلزات می باشد.جوشکاری در ساخت با تعمیر مواد فلزی کاربرد گسترده ای دارد.کاربرد جوشکاری روز به روز در حال افزایش است زیرا این روش اقتصادی ترین و به صرفه ترین روش اتصال فلزات محسوب می شود.تمام فلزات می توانند توسط روش های متنوعی به هم متصل گردند.جوشکاری برخی آسان و برخی دیگر دشوار می باشد.خواص فیزیکی و مکانیکی،در دسترس بودن و هزینه مواد در اینکه آن ماده برای فرآیند جوشکاری مناسب است یا نه تعیین کننده می باشد(1).اکثر روش های جوشکاری جدیدا ابداع شده اند ولی روش هایی مانند جوشکاری آهنگری آهن،اتصال نفوذی،لحیم کاری سرد و گرم دارای پیشینه ای طولانی می باشند.

منابع حرارتی با شدت کافی در مقیاس صنعتی ابتدا در قرن نوزدهم در دسترس قرار گرفت و جوشکاری گاز،جوشکار مقاومتی و جوشکاری قوسی ظهور کردند.در سال1916 جوشکاری اکسی استیلن که قادر بود جوش های با کیفیت بالا و نفوذ مناسب روی صفحات نازک فولادی،آلومینیومی و مسی ایجاد کند توسعه یافت.جوشکاری نقطه ای و خط جوش که در ایجاد جوش های لبه روی هم در صفحات نازک کاربرد دارد و جوش لب به لب که برای ساخت زنجیر و اتصال میله ها و… کاربرد داشت در سال1920 بکار گرفته شد.این روند ادامه یافت تا اینکه در سال 1943 جوشکاری با گاز محافظ خنثی ابداع شد(2).

جوشکاری با الکترودهای مصرف شدنی در اتمسفر CO2 اولین بار توسطLyubavskii و Novoshilov در سال1953 معرفی شد،جوشکاری CO2 خیلی زود محبوبیت پیدا کرد زیرا این روش جوشکاری اقتصادی فولادها نیز استفاده شود.قوس CO2 یک قوس داغی محسوب می شود و الکتروهای ضخیمتر نیاز به جریان بالا دارند.این روش بعدها با معرفی سیم جوش های با قطر کم و منابع انرژی بهبود یافته گسترش بیشتری یافت.این نوآوری باعث شد در سال1959 جوشکاری با انتقال مذاب قطره ای امکان پذیر شود که اجازه جوشکاری در همه موقعیت های جوشکاری را روی مواد نازک را می داد و بزودی به پرکاربردترین فرآیند جوشکاری قوسی با گاز تبدیل شد.

بزودی پس از معرفی جوشکاری CO2 یک فرآیند دیگر که از یک نوع سیم جوش خاص استفاده می کرد بوجود آمد.نام این فرآیند جوشکاری با مخافظ دوگانه1 بود یعنی هم جریان گاز خارج از الکترود و هم گاز ناشی از فلاکس داخل سیم جوش از قوس محافظت می کرد.این فرآیند توسطBernard در سال1954 معرفی شد.در سال1959 الکترودی موسوم به درونی-بیرونی2 تولید شد که نیاز به جریان گاز خارجی نداشت.عدم نیاز به جریان گاز خارجی این امکان را به فرآیند داد که در کارهای عادی قابل استفاده باشد.نام این روش جوشکاری با محافظ درونی3 نام داشت.جوشکاری الکترود اسلاگ در بلژیک و در سال 1958 معرفی شد.شرکتArcos نوع دیگری از جوشکاری عمودی با نام الکتروگاز را در سال1961 معرفی کرد که از تجهیزات جوشکاری الکتراسلاگ استفاده می کرد ولی از یک الکترود توپودری و یک جریان گاز خارجی استفاده می کرد.در اصلاحات بعدی از الکترودهای دارای محافظ استفاده شدRobert F . Gage در سال1957 جوشکاری پلاسما را ابداع نمود.این روش ازیک وص کوچک که باعث ایجاد پلاسما می شود استفاده میکند که دمای ان بیشتر از جوشکاریTIG می باشد.این روش همچنین جهت پاشش فلز و برش نیز استفاده می شود.جوشکاری با پرتو الکترونی که از پرتو متمرکزی از  الکترون ها در اتاقک خلاء بعنوان منبع حرارتی استفاد می کند،اولین باز توسطJ.A.Stohr در سال1957 در فرانسه توسعه یافت.

جوشکاری اصطکاکی که از سرعت دورانی و فشار برای تولید حرارت استفاده می کند در اتحاد شوری سابق به وجود آمد.این فرایند دارای کاربری های خاص می باشد و هزینه اولیه تجهیزات و ابزار بالاست.این فرآیند جوشکاری اینرسی نیز نامیده می شود(3).

1-1 تاریچه جوشکاری                                                                                               2

1-2 جوشکاری لیزر                                                                                                 3

1-3 جوشکاری فولاد زنگ نزن                                                                                    4

1-4 هدف تحقیق حاضر                                                                                              5

هدف تحقیق حاضر پیش بینی و بهینه سازی پارامترهای جوشکاری لیزری یکی از فلزات پرکاربرد(AISI316) در صنایع مختلف از طریق کاربرد روش طراحی آزمایش ها(DOS3) بر حسب پارامترهای ورودی فرایند می باشد.مدل های بدست آمده می توانند برای دستیابی به خواص مکانیکی بهینه جوش به مهندسان کمک کند.آرایه های عمودی تاگوچی برای طراحی آزمایش ها، بدست آوردن مدل های آماری و بهینه سازی عملیات جوشکاری از طریق کنترل کردن پارامترهای انتخاب شده،بکار گرفته شدند.طراحی آزمایش از طریق تاگوچی برآوردی واقع بینانه از تاثیر گذاری پارامترهای مورد بررسی روی خروجی های جوشکاری لیزری بدست میدهد،ریزساختار و پروفیل ریز سختی و استحکام کششی بدست خواهد آمد و بعنوان پاسخ طراحی آزمایش ها در نظر گرفته و بحث انجام خواهد شد.

نکات زیر اهداف اصلی این مطالعه ر ا تشکیل می دهند:

  1. استفاده از روش تاگوچی به منظور بدست آوردن مدل ریاضی برای پیش بینی و بهینه سازی پاسخ های زیر با استفاده از نرم افزارMINIYAB15
  • استحکام کششی
  • عمق نفوذ جوش
  • پهنای جوش

2.ارائه مدل های بدست آمده به صورت گرافیکی بمنظور تبیین اثر هر پارامتر بر روی پاسخ های ذکر شده در بالا.

  1. استفاده از آنالیز واریانس(ANOVA1) جهت آزمودن دقت مدل های بدست آمده و امتحان هر عبارت در مدل های بدست آمده توسط ابزارهای آماری.
  2. تعیین ترکیب بهینه از پارامترهای ورودی توسط مدل های بدست آمده بمنظور دستیابی به شرایط مطلوب پاسخ های ذکر شده در بالا.
  3. مطالعه ریز ساختار و ریزسختی و بحث در مورد اثر آنها بر خواص مکانیکی جوش های حاصل لیزرNd:YAG با توان متوسط400 وات در این مطالعه بکار گرفته شد.توان لیزر،سرعت جوشکاری و فاصله کانونی بعنوان متغیرهای ورودی در نظر گرفته شد و بهینه سازی روی آنها انجام پذیرفت.

1-5 ساختار پایان نامه                                                                                                6

در فصل اول مقدمه و تاریخچه مختصری از روش های جوشکاری آمده است.فصل دوم شامل مروری بر پیشینه تحقیق بر روی جوشکاری لیزری،خواص مکانیکی و ریزساختار جوشهای ایجادشده بوسیله لیزر می باشد.فصل سوم درباره چگونگی بهینه سازی فرآیند توسط روشDOE و تاگوچی را توضیح می دهد.در فصل چهار جزئیات آزمایش های تجربی که در رابطه با این تحقیق انجام پذیرفته است از جمله: ترکیب ماده بکار رفته،سایز نمونه ها،چگونگی آزمون کشش و استاندارد بکار رفته و تجهیزات بکار گرفته شده بمنظور انجام آزمایش تشریح می شود.در فصل پنج آزمایش ها آورده شده و روی آنها بحث می شود و در نهایت در فصل شش نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای تحقیقات آینده آمده اسم.در انتهای نیز منابع و مراجع استفاده شده در این پایان نامه آورده شده است.

فصل دوم: پیشینه تحقیق                                               8

2-1 مقدمه                                                                                                             9

هدف این بخش نشان دادن تحقیقات پیشین که مشابه به این تحقیق یا مربوط به آن است و ایجاد یک درک اولیه از جوشکاری لیزری فولادهای زنگ نزن می باشد.

2-2 انواع لیزرها                                                                                                     9

2-3 کاربردهای لیزر                                                                                                 10

2-4 پارمترهای جوشکاری لیزری                                                                                  11

2-4-1 محل تمرکز اشعه                                                                                            11

2-4-2 سرعت جوشکاری و توان لیزر                                                                            12

2-4-3 گاز محافظ                                                                                                    13

2-4-4 طول موج                                                                                                     14

2-4-5 فاصله دو قطعه کار از هم و زاویه اشعه لیزر                                                            14

2-5 تنش پسماند                                                                                                        14

2-6 حوضچه جوش                                                                                                   15

2-7 بهینه سازی خواص مکانیکی در قطعات جوشکاری شده                                                     18

 فرآیند جوشکاری می تواند اثرات متفاوتی روی فلز پایه ایجاد کند.برای مثال حرارت ورودی بیش از حد می تواند روی خواص مکانیکی فلز پایه اثر منفی داشته باشد.هنگامی که ماده تحمل تنش های وارد بر آن را نداشته باشد دچار ترک میشود.سطح تنش وارد شده به قطعه کار  باتوجه به نوع فرآیند جوشکاری متفاوت است.منطقه فلز جوش وHAZ معمولا با فلز پایه از نظر سختی،استحکام،مقاومت ضربه ای،استحکام خزشی،استحکام سایشی و… متفاوت است. خواص مکانیکی اتصال جوشکاری شده در تعیین کیفیت جوش عامل بسیار مهمی است.بنابراین هدف از بهینه سازی خواص مکانیکی بدست آوردن اتصالات مناسب می باشد.برای این منظور روش های مختلفی بکار برده شده است که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره می شود.

Caiazzo و همکارانش مطالعه ای تجربی روی جوشکار لیزریCO2 آلیاژTi6AL4V درباره هندسه جوش و خواص مکانیکی انجام دادند . آنها با بکار بردن دو گاز محافظ مختلف(ArوHe) مشاهده کردند تغییر در گاز محافظ منجر به تغییرات در میزان عیوب داخلی جوش،شکل حوضچه جوش می شود.آزمون های ریز سختی سنجی و کشش بر روی نمونه ها انجام گرفت(56).

Preston  و همکارانش یک مدل آلمان محدود برای پیش بینی تنش های پسماند و اعوجاج در جوشکاریTIG آلیاژ T3-2024 بکار بردند(57).

Canyurt یک روش جستجو بر اساس الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی استحکام قطعات جوشکاری شده پیشنهاد کرد.تاثیر پنج پارامتر جوشکاری بر روی استحکام توسط این الگوریتم بررسی شد و مشخص گردید میزان فاصله قطعات و زاویه مشعل جوشکاری بر روی استحکام تاثیر بسزایی دارند(58).

Sterjovski و همکارانش کارایی سه مدل شبکه عصبی مصنوعی را برای پیش بینی چقرمگی،سختی منطقهHAZ و استحکام گرم فولاد میکروآلیاژی بررسی کردند . مشاهده شد که نتایج آزمایش با نتایج مربوط به پیش بینی توسط شبکه عصبی مطابقت خوبی دارد(59).

Tarng و همکارانش جهت بهینه سازی خواص چندگانه در فرآیند جوشکاری زیر پودری(SAW) از روش تاگوچی بر پایهGrey استفاده کردند.در این روش آنها آنالیز وابستگیGrey را برای بهینه سازی خواص مورد نظرشان انجام دادند که در نهایت منجر به بدست آوردن یک درجه وابستگی شد که بعنوان ویژگی کیفی در نظر گرفته شد.سپس پارامترهای بهینه با توجه به طراحی تاگوچی بدست آمد،نتایج نشان داد که این روش می تواند باعث بهینه سازی خواص چندگانه در فرایند بطور همزمان گردد(60).

2-8 ریزساختار                                                                                                         19

2-9 خلاصه مروری بر تحقیقات پیشین                                                                               20

نمودار لثرلت اصلی روی S/N برای پهنای جوش W1

نمودار لثرلت اصلی روی S/N برای پهنای جوش W1

فصل سوم: طراحی آزمایش ها و بهینه سازی

3-1 طراحی آزمایش ها                                                                                                 23

طراحی آزمایش(DOE) یک روش سیستماتیک برای بررسی یک سیستم یا فرآیند است.یک سری آزمایش های با قاعده طراحی می شوند که در آنها تغییراتی مشخص در متغیرهای ورودی ایجاد میشود.سپس اثر این تغییرات بر روی یک خروجی از قبل تعریف شده مورد ارزیابی قرار می گیرد.DOE به عنوان یک روش برای حداکثر سازی اطلاعات کسب شده و حداقل سازی منابع اطلاعات شناخته می شود.با این روش اطلاعات بیشتری نسبت به ” روش تغییر یک متغیر در هر بار آزمایش1” میتوان کسب کرد چرا که با این روش قضاوت در مورد اهمیت هر پارامتر تنها بر روی پارامتر خروجی امکان پذیر می شود.

روش آزمایش” تغییر یک پارامتر در هر بارآزمایش” ممکن است بتواند تشخیص دهد که کدام پارامتر روی پاسخ(خروجی) اثر بیشتری دارد ولی نمی تواند تشخیص دهد که تغیییر در پارامتر دیگر روی پارامتر اول تاثیر می گذارد یانه(مانند مواردی که متغیرها دارای وابستگی یا تعامل می باشند)؛زیرا روشDOE تمامی حالات وابستگی پارامترها را درهنگام طراحی ماتریس آزمایش ها در نظر می گیرد،سپس تعیین می کند که برای ارزیابی آنها چه اطلاعاتی مورد نیاز است.برای مثال آیا متغیرهای ورودی بطور مجزا باعث تغییر پاسخ می شوند، یا وقتی ترکیب می شوند یا اصلا اثری روی پاسخ ندارند.بر اساس منبع موجود اندازه و تعداد آزمایش ها بطور دقیق توسط طراحی معیین می شود(66). DOE می تواند برای تشخیص اینکه کدام پارامتر سهم بیشتری در تغییر پاسخ دارد؟ در شرایط وجود نویز2 سیستم چگونه عمل میکند؟ بهترین ترکیب پارامترها برای کمینه کردن تغییرات در پاسخ کدام است؟ و غیره بکار رود.مراحل کاری در این روش با معین کردن پارامترهای ورودی و پارامترهای خروجی(پاسخ) شروع می شود.برای هر پارامتر ورودی تعدادی سطح در نظر گرفته می شود که نمایانگر محدوده ای است که آن پارامتر باید در آن بررسی شود.یک طرح آزمایش ایجاد می شود که به آزمایشگر می گوید که درهر آزمایش پارامترها را روی چه مقادیری تنظیم نماید.پس از آن پاسخ برای هر آزمایش اندازه گیری می شود.روش آنالیز بررسی تغییرات پاسخ برای گروه های مختلف تغییات ورودی ها می باشد.این تغییات سپس به متغیرهای نها(اثر تکی3) یا ترکیبی از متغیرهای ورودی(اثر متقابل4) نسبت داده می شود.

DOE یک عمل تیمی است و نیاز به همکاری تخصص های مختلف مانند طراحی،ساخت،آمار و… در هنگام تعیین فاکتوره و سطوح و ایجاد ماتریس آزمایش ها دارد چرا که این مرحله مهمترین مرحله طراحی آزمایش می باشد.هم چنین گرو بایستی در ک صحیحی از فاکتورهای نویز و فاکتورهای کنترلی داشته باشد .

دریافت حداکثر اطلاعات از آزمایش ها درهنگام انجام آنها حائز اهمیت است.آزمایش هایی که بدرستی طراحی شوند می توانند اطلاعات بمراتب بیشتری را نسبت به آزمایش های بدون برنامه و اتفاقی بدست بدهند.در طراحی آزمایش چهار فاز عملیاتی وجود دارد که عبارت اند از: طرح ریزی1 ، غربالگری2،بهینه سازی2 و صحنه گذاری4

3-1-1 طرح ریزی                                                                                                       24

3-1-2 غربالگری                                                                                                   25

3-1-3 بهینه سازی                                                                                                 25

3-1-4 صحه گذاری                                                                                                25

3-2- طراحی آزمایش به روش تاگوچی                                                                           26

3-2-1 مقدمه                                                                                                      26

3-2-2 مفاهیم و عبارات بکار رفته در روش تاگوچی                                                        26

3-2-2-1 ارایه های متعامد                                                                                 26

3-2-2-2 نسبتهای N/S وآنالیز MSD                         ا                                           28

3-2-2-3 آنالیز واریانس (ANOVA)                   ا                                                  29

3-3 بهینه سازی                                                                                                       31

3-3-1 تعیین شرایط بهینه یا نزدیک به بهینه در فرآیند جوشکاری                                            31

3-4 روند آزمایش ها در روش تاگوچی                                                                              33

3-4-1 جلسات طوقان فکری                                                                                         33

3-4-2 طراحی آزمایش ها                                                                                            33

3-4-3 انجام آزمایش ها                                                                                               34

3-4-4 تحلیل نتایج                                                                                                    34

3-4-4-1 ایجاد مدل ریاضی                                                                                    34

3-4-4-2 تخمین ضرایب برای فاکتورهای مستقل در مدل                                                  34

3-4-4-3 آنالیز واریانس (ANOVA)                  ا                                                       35

3-4-4-4 کاهش جملات مدل                                                                                     36

3-4-4-5 انجام آزمایش های صحه گذاری                                                                       36

تصاویر نمونه قبل و بعد از کشش

تصاویر نمونه قبل و بعد از کشش

فصل چهارم: مواد و روند انجام آزمایش ها

4-1 مواد                                                                                                                      38

4-1-1 ویژگی های ماده                                                                                                  38

4-1-2 مشخصات و کاربرد ماده مورد استفاده                                                                         39

4-2 جوشکاری لیزری                                                                                                         39

4-2-1 دستگاه جوشکاری لیزری                                                                                  39

اتصالات با استفاده از لیزرNd:TAG مدل IQL-10 به توان متوسط400 وات انجام گردید.اشعه لیزر ازمنبع لیزر از طریق یک فیبر نوری فرستاده می شود.انرژی در فیبر نوری بصورت یکنواخت در امتداد قطر آن انتقال می یابد.یک وسیله تمرکز دهنده اشعه را بر روی قطعه کار متمرکز می کند.گاز محافظ آرگون با خلوص99% و با دبی10 I/min عمود بر قطعه کار و بصورت هم محور با پرتو لیزر در حین جوشکار بکار برده شده.در شکل4-1 کلگی دستگاه جوشکاری لیزر دیده می شود.در جدول 4-4- مشخصات کاری دستگاه لیزر مورد استفاده قابل مشاهده می باشد.

4-2-2 عملیات جوشکاری لیزری                                                                                  40

4-3 انجام آزمایش ها                                                                                                       41

4-3-1- آزمون کشش                                                                                                41

4-4- اندازه گیری هندسه حوضچه جوش                                                                            43

4-4-1- آماده سازی نمونه ها                                                                                         43

4-4-2- ریز ساختار وهندسه جوش                                                                                 43

4-4-3- ریزسختی                                                                                                    44

نمودار دو بعدی عمق نفوذ بر حسب موقعیت تمرکز اشعه و توان لیزر

نمودار دو بعدی عمق نفوذ بر حسب موقعیت تمرکز اشعه و توان لیزر

فصل پنجم:نتایج آزمایش ها وتجزیه وتحلیل یافته ها

5-1 آزمایش ها با ارایه های متعامد                                                                                49

5-2 مدل ریاضی برای هندسه جوش                                                                              49

5-2-1 آنالیز سیگنال به نویز                                                                                      50

5-2-2 آنالیز واریانس                                                                                             53

5-2-3 صحه گذاری مدل                                                                                         55

5-2-4 تأثیر پارامترها روی هر یک از پاسخ ها                                                               58

5-3 به دست آوردن مدل ریاضی برای استحکام کششی                                                      63

5-3-1 آنالیزسیگنال به نویز برای استحکام کششی                                                            63

5-3-2 آنالیز واریانس                                                                                            64

5-3-3 صحه گذاری مدل                                                                                       65

شکل5-16 نشان دهنده مقادیر واقعی اندازه گیری شده استحکام کششی و مقادیر پیش بینی شده استحکام کششی می باشد.از شکل می توان دید که مقادیر اندازه گیری شده به خط مایل نزدیک می باشند که مبین آن است که مدل می توان در محدوده مورد بررسی بخوبی پاسخ را پیش بینی نماید.علاو براین سه آزمایش اضافه با شرایط جدید در محدوده پارامترها انتخاب و انجام شد.

5-3-4 تاثیر هر یک از پارامترها روی استحکام کششی                                                    66

5-4 مطالعه ریزسختی و ریزساختار                                                                         69

5-4-1 ریزساختار جوش                                                                                      69

5-4-2 ریزسختی جوش                                                                                        73

جدول نتایج

جدول نتایج

فصل ششم:نتیجه گیری وپیشنهادات

6-1 نیجه گیری                                                                                                  76

6-2 پیشنهادات                                                                                                  76

منابع ومراجع:                                                                                                     78

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

فهرست جدول ها

جدول 3-1 ماتریس طراحی آزمایش به روش تا گوچی …………………………………….ا……………… 27

جدول 2-3 نمونه جدول ANOVA,………………………………………………ا……………………………30

جدول 4-1 ترکیب شیمیاییی فلز پایه………………………………………………………………………………. 38

جدول 4-2 خواص مکانیکی فلز پایه………………………………………………………………………………38

جدول 4-3 خواص قیزیکی فلز پایه……………………………………………………………………………….38

جدول 4-4 مشخصات دستگاه لیزر……………………………………………………………………………….40

جدول 5-1 پارامترهی ورودی جوشکاری و سطوح پارامترها…………………………………………………. 47

روش تاگوچی…………………………………… 37L16جدول 5-2 جدول طراحی آزمایشها بر اساس ماتریس

جدول 5-3 نتایج بدست آمده از آزمایش ها……………………………………………………………………48

جدول 5-4 پاسخ های N/S برای 1W …………………………………………..ا………………………. 51

جدول 5-5 پاسخ هایN/S برای 2W…………………………………………ا…………………………  52

جدول 5-6 پاسخ های N/S برای P…………………………………………..ا………………………….. 53

جدول 5-7 جدول ANOVA برای پاسخ 1W……………………………………..ا……………………. 54

جدول 5-8 جدول ANOVA برای پاسخ 2W……………………………………..ا……………………  54

جدول 5-9 جدول ANOVA برای پاسخ P…………………………………….ا………………………. 55

جدول 5-10 نتایج آزمایشهای تأییدی برای 1W،2W،P …………………….ا………………………..57

جدول 5-11 جدول پاسخ ها برای N/S…………………………….ا……………………………….. 63

جدول 5-12 جدول ANOVA  برای استحکام کششی(Ṭ)…………………………….ا…………….. 65

جدول 5-13 نتایج آزمایش های تاییدی برای استحکام کششی(Ṭ)………………………….ا………… 66

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

فهرست شکل ها

شکل 2-1 ارتباط بین فاصله از محل تمرکز اشعه و عمق نفوذ………………………………………………………….12

شکل 3-1 طبقه بندی روشهای بهینه سازی و مدلسازی در مسایل جوشکاری……………………………………………32

شکل 4-1 کلگی دستگاه جوشکاری لیزری……………………………………………………………………………..40

شکل 4-2 نمونه استاندارد آزمون کشش مورد استفاده (M8STMEA)………………….ا…………………………….41

شکل 4-3 نحوه برش نمونه ها از ورق جوشکاری شده………………………………………………………………..42

شکل 4-4 دستگاه آزمون کشش………………………………………………………………………………………..42

شکل 4-5 تصاویر نمونه ها قبل و بعد از اعمال کشش……………………………………………………………….. 43

شکل 4-6 شکل شماتیک از هندسه جوش…………………………………………………………………………….. 44

شکل 5-1 درز جوش در نمونه های مختلف………………………………………………………………………….. 47

شکل 5-2 تغییرات هندسه جوش با تغییر پارامترهای جوشکاری……………………………………………………… 49

شکل 5-3 نمودار اثرات اصلی روی N/S برای پهنای جوش 1W……………………..ا…………………………… 51

شکل 5-4 نمودار اثرات اصلی روی N/S برای پهنای جوش 2W……………………..ا…………………………… 52

شکل 5-5 نمودار اثرات اصلی روی N/S برای عمق نفوذ P…………………………ا…………………………….. 53

شکل 5-6 نمودار مقادیر واقعی در مقایسه با مقادیر پیش بینی شده برای 1W……………………ا…………………… 56

شکل 5-7 نمودار مقادیر واقعی در مقایسه با مقادیر پیش بینی شده برای 2W…………………..ا……………………. 56

شکل 5-8 نمودار مقادیر واقعی در مقایسه با مقادیر پیش بینی شده برای P………………………ا…………………… 57

شکل 5-9 نمودار دو بعدی عمق نفوذ بر حسب موقعیت تمرکز اشعه و سرعت جوشکاری……………………………. 59

شکل 5-10 نمودار دو بعدی عمق نفوذ بر حسب موقعیت تمرکز اشعه و توان لیزر…………………………………… 59

شکل 5-11 نمودار دو بعدی عمق نفوذ بر حسب موقعیت تمرکز اشعه و سرعت جوشکاری…………………………… 60

شکل 5-12 نمودار دو بعدی عمق نفوذ بر حسب سرعت جوشکاری و توان لیزر……………………………………… 61

شکل 5-13 نمودار دو بعدی عمق نفوذ بر حسب موقعیت تمرکز اشعه و سرعت جوشکاری…………………………… 62

شکل 5-14 نمودار دو بعدی عمق نفوذ بر حسب توان لیزر و سرعت جوشکاری……………………………………… 62

شکل 5-15 نمودار اثرات اصلی برای مقادیر N/S استحکام کششی…………………………………………………… 64

شکل 5-16 نمودار مقادیر واقعی در مقایسه با مقادیر پیش بینی شده برای استحکام کششی…………………………….. 66

شکل 5-17 نمودار اثرات اصلی برای میانگین پاسخ ها (T)……………………..ا………………………………….. 67

شکل 5-18 نمودار سه بعدی تأثیر F و S روی استحکام کششی……………………………………………………… 67

شکل 5-19 نمودار دو بعدی تأثیر پارامترهای S و F روی استحکام کششی ……………………………………………68

شکل 5-20 نمودار دو بعدی تأثیر پارامترهای P و F را روی استحکام کششی …………………………………………69

شکل 5-21 ریزساختار در فلز جوش، HAZ و فلز پایه…………………………………………………………………70

شکل 5-22 دیاگرام سودو – باینری برای پیش بینی ریزساختار تعادلی در فولاد زنگ نزن…………………………….71

شکل 5-23 دیاگرام شفلر ………………………………………………………………………………………………72

شکل 5-24 دیاگرام دیلانگ…………………………………………………………………………………………….72

شکل 5-25 خطوط مرز ذوب مربوط به پالسهای متوالی در ناحیه فلز جوش……………………………………………73

شکل 5-26 مقادیر اندازه گیری شده برای ریز سختی و محل اندازه گیری آن …………………………………………74

Abstract

Laser welding is one of the effective methods for joining different marerials in various industries.The objective in this thesis is to predict and optimize the desired prpperties in Nd:YAG laser welding process using Taguchi method for design of experimenys.for this purpose,specific parameters of the process namely laser power,welding speed and focal position of the beam were selected.The effect of these parameters was investigated on the mechanical properties and geometry of the welds.the material employed in this study was AISI 316 stainless steel.The results were analzed using analysis of variance(ANOVA) and signal to noise ratio(S/N).Mathematical models were developed to predict the characteristics for each response i.e.tensile strength,weld penetration and weld width on top and in the middle of the weld bead.In addition,the effect of each parameter on the responses was discussed.The main effect plots were obtained using MINITAB 15 statical software and the optimum combination of parameters eas determined to omtain optimum responses.Studies on microstructure and microhardness of the welds were also conducted.The results indicated that the Taguchi method for design of experiments can be employed to investigate the effect of different laser welding process parameters on the weld geometry and strength.Optimized responses could be obtained using this method and minimum sensitivity to uncontrollable process factors(noise) is assured.The most important parameters affecting the weld penetration,width and tensil strength were identified to be focal position, welding speed and focal position respectively.Optimum tensile strength eas found to be 428 Mpa which was achieved at welding speed of 2/75 mm/s , beam power of 210 Watt and focal position of 0/6 mm under the workpiece surface.

Keyworrds: lasee beam welding(LBW),mechanical properties,weld dimension , microstructure, microhardness,tensile strength,Taguchi method, design of experiments


برای نگارش این فایل 93 مقاله انگلیسی استفاده شده است


 


 

مقطع : کارشناسی ارشد

خرید فایل word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید