توسعه و اصلاح مدل حرارتی فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با پین خارج از مرکز

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (fsw) یکی از روش‌های جوشکاری حالت جامد می‌باشد. یکی از عوامل تاثیرگذار در خواص مکانیکی و متالوژیکی اتصال نهایی، هندسه ابزار می‌باشد که با طراحی صحیح آن می‌توان در نهایت به اتصالی با کیفیت بهینه دست یافت. از جمله اصلاحات و موارد مناسب جهت بهبود خواص مکانیکی اتصال نهایی، خارج از مرکز نمودن پین ابزار نسبت به شانه ابزار است. خارج از مرکز نمودن پین موجب خواهد شد که حرارت ایجاد شده در ناحیه بزرگ‌تری توزیع ‌یابد و حجم ماده تغییر شکل یافته توسط پین ابزار افزایش ‌یابد. در پژوهش حاضر با استفاده از روابط تحلیلی به توسعه مدلی حرارتی برای ابزار با پین خارج از مرکز پرداخته شده است، مدل اصلاح شده تابعی از ضریب اصطکاک و تنش تسلیم وابسته به دما می‌باشد و در آن تاثیر پارامترهای هندسی ابزار بر میزان حرارت تولیدی در فرایند مورد نظر قرار گرفته است. پس از توسعه روابط، جهت صحه‌سنجی مدل از شبیه‌سازی سه بعدی به واسطه پکیج اجزاء محدودabaqus و کدنویسی شار حرارتی به زبان فرترن در قالب دو سابروتین usdfld وdflux استفاده شده است و نتایج توزیع دما از مدل توسعه داده شده با نتایج تجربی و تحلیلی مدل‌های پیشین مورد مقایسه قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده مدل حرارتی توسعه داده شده با دقت بالایی قادر به پیش‌بینی توزیع حرارت و دمای ماکزیمم در فرایند fsw با ابزار دارای پین خارج از مرکز می‌باشد.

Development and modification of the thermal model of the friction stir welding process with an eccentric pin

Friction stir welding (FSW) is one of the solid state bonding methods. One of the influential factors in the mechanical and metallurgical properties of the final joint is the tool shape, which, with its proper design, can ultimately achieve optimal joint quality. Among the improvements and modifications to improve the mechanical properties of the final joint is the outcentering of the tool pin against the tool shoulder. Off centering the pin will cause the heat generated in the larger area to be distributed and the volume of the deformed material will increase with the eccentric tool pin. In the present study, the development of a thermal model for tool with an out of center pin has been addressed. The modified model is a function of the temperature dependent friction coefficient and the temperature dependent yield stress, in which the effect of key parameters on the amount of heat generated in the FSW process is considered. In order to validate the developed model, threedimensional simulation using ABAQUS package and two subroutines of USDFLD and DFLUX have been used. The results of the temperature distribution of the developed model have been compared with the experimental and analytical results of previous studies. Based on the results, the present thermal model with high precision is able to predict the maximum temperature and temperature distribution in the FSW process with an out of center tool pin.