تاثیر پودر نیکل و عمق نفوذ ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی جوش همزن اصطکاکی لب‌ روی‌هم آلومینیم-مس

در این پژوهش، تاثیر پودر نیکل به عنوان لایه واسط و عمق نفوذ ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات لب‌روی‌هم ورق آلومینیم 1050 (ورق فوقانی) و مس خالص (ورق تحتانی) هر دو به ضخامت 2 میلیمتر بررسی شده است. جهت اضافه نمودن پودر نیکل از یک شیار تراشیده شده به عرض و عمق 1 میلیمتر در کف ورق آلومینیم استفاده گردید. جوشکاری همزن اصطکاکی لب‌روی‌هم با استفاده از ابزار فولاد گرم‌کار با قطر شانه، قطر و ارتفاع پین به ترتیب برابر با 16، 4 و 2.1 میلیمتر، سرعت چرخش ابزار 950 دور بر دقیقه، سرعت پیشروی ابزار 85 میلیمتر بر دقیقه، زاویه ابزار 2 درجه و عمق نفوذ ابزار متفاوت برابر با صفر، 0.05 و 0.1 میلیمتر انجام شد. نتایج نشان داد که در نمونه‌ای با عمق نفوذ صفر، به دلیل عدم تولید حرارت کافی و تغییرشکل پلاستیک مناسب و متعاقب آن ایجاد عیوبی مانند نقص‌های تونلی اتفاق افتاد. با افزایش عمق نفوذ ابزار به 0.05 میلیمتر، ترکیبات بین‌فلزی al3ni2، al7cu4ni و cu3.8ni به صورت یکنواخت و نازک در ناحیه فصل مشترک تشکیل شده و منجر به بهبود کیفیت اتصال و افزایش استحکام کششی تا 185.2 مگاپاسکال و کرنش شکست 8.7 درصد شد. در نمونه‌ای با عمق نفوذ 0.1 میلیمتر، ترکیبات بین‌فلزی ضخیم‌تر تشکیل شدند که با وجود افزایش سختی موضعی، منجر به کاهش استحکام کششی و کرنش شکست به ترتیب به 136.6 مگاپاسکال و 6.7 درصد گردید. این مطالعه نشان می‌دهد که در شرایط تهیه نمونه‌های جوشکاری در تحقیق حاضر، عمق نفوذ 0.05 میلیمتر بهینه‌ترین شرایط را برای جوشکاری همزن اصطکاکی لب روی هم آلومینیم-مس در حضور پودر نیکل فراهم می‌کند.

the effect of nickel powder and tool penetration depth on microstructure and mechanical properties of friction stir lap welded aluminum-copper joints

in this research, the effect of nickel powder as an interlayer and the tool penetration depth on the microstructure and mechanical properties of lap joints between aluminum 1050 (top sheet) and pure copper (bottom sheet), both with a thickness of 2 mm, was investigated. nickel powder was added through a machined groove with a width and depth of 1 mm at the base of the aluminum sheet. friction stir lap welding was performed using a hot work steel tool with a shoulder diameter of 16 mm, a pin diameter of 4 mm, a pin height of 2.1 mm, a rotational speed of 950 rpm, a feed rate of 85 mm/min, a tool tilt angle of 2°, and varying tool penetration depths of 0, 0.05, and 0.1 mm. the results revealed that in the sample with a 0 mm penetration depth, due to insufficient heat generation, defects such as tunnel voids were formed. increasing the penetration depth to 0.05 mm resulted in the formation of uniform and thin intermetallic layers, including al3ni2, al7cu4ni, and cu3.8ni at the interface, which enhanced joint quality and increased tensile strength to 185.2 mpa with a fracture strain of 8.7%. in the sample with a 0.1 mm penetration depth, thicker and less uniform intermetallic layers were formed, which, despite locally increasing hardness, led to a decrease in tensile strength and fracture strain to 136.6 mpa and 6.7%, respectively. this study demonstrates that under the conditions of this research, a tool penetration depth of 0.05 mm provides the optimal conditions for fslw of aluminum-copper alloys using nickel powder.