اتصال غیرمشابه فلز/پلیمر با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد.

چکیده

در اتصال ورق‌های آلومینیم و پلی‌اتیلن با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای، عوامل مختلفی بر استحکام اتصالات تأثیرگذار است که در این پژوهش، اثر شرایط سطحی و زمان ماندگاری ابزار بررسی شد. نتایج نشان‌دهنده‌ افزایش نیروی شکست کشش برشی با طولانی‌شدن زمان ماندگاری ابزار بود که این امر ناشی از گرمای اصطکاکی بیشتر، حجم بیشتر مذاب پلی‌اتیلن و درنتیجه افزایش سطح چسبندگی آلومینیم با مذاب پلیمر است. استفاده از سنبه‌ای که خراش‌های بیشتر با اندازه‌های کوچک‌تر به‌صورت نقطه‌ای ایجاد کرد، استحکام را به میزان بیشتری افزایش داد، به‌گونه‌ای که بیشترین نیروی برشی اتصالات در حدود N785 به‌دست آمد. همچنین با استفاده از مطالعات ماکروسکوپی و میکروسکوپی، مشخص شد که مکانیزم‌های اصلی اتصال‌دهی ایجاد قفل مکانیکی بین ورق‌ها با ابزار و سنبه‌ها و نیز چسبندگی مذاب پلی‌اتیلن به سطح آلومینیم است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dissimilar Joining of Metal/Polymer Using Friction Stir Spot Welding Method

نویسندگان [English]

  • Mehrdad Mahmoudi
  • Behrooz Beidokhti
  • Samaneh Sahebian saghi
Materials and Metallurgical Engineering Department, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad.
چکیده [English]

In the joining of aluminum and polyethylene sheets with friction stir spot welding method, various factors affect the strength of joints. In this study, the effect of surface conditions and the dwell time of tool have been investigated. The results indicated the increased shear tension load with the prolonged dwell time due to the higher frictional heating, more molten polyethylene formation and an increased adhesion area. The use of mandrill that created more scratches with smaller dimensions was more effective to increase the strength. The highest shear tension load of joints was 785 N. Macroscopic and microscopic studies revealed that the mechanical interlocking and adhesion of molten polyethylene on the aluminum surface were the main joining mechanisms.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction Stir Welding
  • Aluminum
  • Polyethylene
  • Joining
  1. Liu, Y., Zhuang W., "Self-piercing riveted-bonded hybrid joining of carbon fibre reinforced polymers and aluminium alloy sheets", Thin-Walled Structures, Vol. 144, Article 106340, (2019).
  2. Khodabakhshi, F., Haghshenas, M., Sahraeinejad, S., Chen, J., Shalchi, B., Li, J., and Gerlich, A. P., "Microstructure-property characterization of a friction-stir welded joint between AA5059 aluminum alloy and high density polyethylene", Materials Characterization, Vol. 98, pp. 73-82, (2014).
  3. Abibe, A. B., Sônego, M., Dos Santos, J. F., Canto, L. B., and Amancio-Filho, S. T., "On the feasibility of a friction-based staking joining method for polymer–metal hybrid structures", Materials & Design, Vol. 92, pp. 632-642, (2016).
  4. Goushegir, S. M., Dos Santos, J. F., and Amancio-Filho, S. T., "Friction spot joining of aluminum AA2024/carbon-fiber reinforced poly (phenylene sulfide) composite single lap joints: microstructure and mechanical performance", Materials & Design, Vol. 54, pp. 196-206, (2014).
  5. Mishra, R. S., Mahoney, M. W., Sato, Y., Hovanski, Y., and Verma, R., "Friction Stir Welding and Processing VII",John Wiley & Sons, NJ, (2013).
  6. Pan, T. Y., "Friction Stir Spot Welding (FSSW)-A Literature Review (No. 2007-01-1702)", SAE Technical Paper, Pennsylvania, (2007).
  7. Yuan, W., "Friction stir spot welding of aluminum alloys”, Missouri University of Science and Technology Pub., Missouri, (2008).
  8. Esteves, J. V., Goushegir, S. M., Dos Santos, J. F., Canto, L. B., Hage, E., and Amancio-Filho, S. T., "Friction spot joining of aluminum AA6181-T4 and carbon fiber-reinforced poly (phenylene sulfide): effects of process parameters on the microstructure and mechanical strength", Materials & Design, Vol. 66, pp. 437-445, (2015).
  9. Pabandi, H. K., Movahedi, M., and Kokabi, A. H., "new refill friction spot welding process for aluminum/polymer composite hybrid structures", Composite Structures, Vol. 174, pp. 59-69, (2017).
  10. Balakrishnan, K. N., Kang, H. T., and Mallick, P. K., "Joining aluminum to nylon using frictional heat (No. 2007-01-1701)", SAE Technical Paper, Pennsylvania, (2007).
  11. Yusof, F., Miyashita, Y., Seo, N., Mutoh, Y., and Moshwan, R., "Utilising friction spot joining for dissimilar joint between aluminium alloy (A5052) and polyethylene terephthalate", Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 17(7), pp. 544-549, (2012).
  12. ASM International, ASM International. Handbook Committee, & ASM International. Alloy Phase Diagram Committee, "Metals Handbook: Properties and selection-Vol. 2", ASM International, Ohio, (1990).
  13. Kadoya, S., Kimura, F., and Kajihara, Y., "PBT–anodized aluminum alloy direct joining: Characteristic injection speed dependence of injected polymer replicated into nanostructures", Polymer Testing, Vol.75, pp. 127-132, (2019).
  14. Patel, A. R., Kotadiya, D. J., Kapopara, J. M., Dlawadi, C. G., Patel, N. P., and Rana, H. G., "Investigation of Mechanical Properties for Hybrid Joint of Aluminium to Polymer using Friction Stir Welding (FSW)", Materials Today: Proceedings, Vol. 5, pp. 4242-4249, (2018).
  15. Meng, X., Huang, Y., Xie, Y., Li, J., Guan, M., Wan, L., Dong, Z., Cao, J., "Friction self-riveting welding between polymer matrix composites and metals", Composites Part A, Vol.127, Article 105624, (2019).
  16. Kimura, F., Yamaguchi, E., Hurie, N., Suzuki, G., and Kajihara, Y., "Formation of boehmite crystals on microblasted aluminum surface to enhance performance of metal–polymer direct joining", Materials Letters, Article 126963, (2019).