اثر طراحی گیره بر رفتار مکانیکی اتصال پلی‌پروپیلن- پلی‌پروپیلن با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

زنجان، دانشگاه زنجان، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی

10.22063/jipst.2025.35618.2360

چکیده

فرضیه: امروزه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی روشی مطمئن برای اتصال بین دو قطعه به‌ویژه  پلیمرهای گرمانرم شناخته می‌شود. یکی از مهم‌ترین پارامترهای تاثیرگذار، طراحی پین برای ایجاد اتصال می‌باشد. در پژوهش حاضر، اثر شکل گیره بر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی پلی‌پروپیلن-پلی‌پرو‌پیلن بررسی شد.
روش‌ها: بدین منظور گیره با شکل‌های مخروطی، استوانه‌ای و مخروطی رزوه‌دار طراحی شدند. پس از جوشکاری صفحات پلی‌پروپیلن-پلی‌پروپیلن با گیره‌های طراحی‌شده، از آزمون‌های کشش، خمش ضربه و سختی به‌منظور بررسی رفتار مکانیکی اتصالات ایجاد شده، استفاده شد. همچنین از میکروسکوپی الکترونی پویشی برای مطالعه ریزساختاری استفاده شد.
یافته‌ها: استحکام کششی نمونه متصل شده با گیره استوانه‌ای رزوه‌دار معادل MPa 6/18 بود که با تقریبا 82 درصد بازده استحکام کششی جوش، بیشترین بازده را نسبت به نمونه‌های دیگر داشت. همچنین چقرمگی شکست جوش در این نمونه در آزمون کشش معادل mJ/mm3 6/1862 بود که بازدهی آن تقریبا 51 درصد بود. مقادیر بازدهی استحکام خمشی و چقرمگی شکست در آزمون خمش نمونه استوانه‌ای رزوه‌دار به ترتیب 75 و 60 درصد بودند. نمونه جوش داده شده باگیره استوانه‌ای رزوه‌دار با انرژی جذب‌شده kJ/m3 533 بیشترین مقدار انرژی جذب‌شده را داشت که این مقدار حدود 39 درصد نسبت به نمونه گیره مخروطی (kJ/m3 383) و 25 درصد نسبت به نمونه گیره مخروطی رزوه‌دار (kJ/m3 425) بیشتر بود. بررسی ریزساختاری جوش‌های ایجادشده نشان داد، در نمونه جوش داده شده با گیره مخروطی، رشته‌های پلیمری در فصل مشترک پلی‌پروپیلن-پلی‌پروپیلن ایجاد شده است، در حالی که نمونه‌های جوش داده شده با پین‌های استوانه‌ای رزوه‌دار و مخروطی رزوه‌دار ساختار متراکمی داشتند. نتایج نشان داد، گیره استوانه‌ای رزوه‌دار مناسب‌ترین پین برای ایجاد اتصال بین دو صفحه پلی‌پروپیلن با استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Pin Design on the Mechanical Behavior of Polypropylene - Polypropylene Joining through Friction Stir Welding

نویسندگان [English]

  • Aliakbar Ghadi
  • Hossein Ebrahimnezhad-Khaljiri
  • Amir Abbasi
Department of Material Science and Engineering, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
چکیده [English]

Hypothesis: Today, the friction stir welding (FSW) is known as a safe method for joining two parts especially thermoplastic polymers. One of the most effective parameters is designing the pin for creation of joint. In this research, the effect of pin shape was investigated on the FSW of polypropylene (PP)\polypropylene.
Methods: To do so, the pins were designed with different geometries: conical, threaded cylinder, and threaded. After welding the PP-PP plates by designed pins, the tensile, flexural, impact and hardness tests were performed to investigate the mechanical behavior of created joints. Also, the scanning electron microscope was used for microstructure study.
Findings: The tensile strength of the sample jointed with the threaded cylindrical pin was 18.6 MPa, which had the highest tensile strength efficiency of weld (approximately 82%) as compared with other samples. Also, the weld fracture toughness of this sample under tensile test was 1862.6 mJ/mm3, which was an efficiency of approximately 51%. The values of flexural strength and fracture toughness in bending test of threaded sample were 75 and 60 %, respectively. The welded sample with the threaded cylinder had the highest absorbed energy (533 kJ/m3), which was about 39% and 25% higher than values of the conical (383 kJ/m3) and threaded conical (425 kJ/m3) samples, respectively. The microstructure investigations of the created welds showed that in the sample welded with the conical pin, the polymeric fibers were created in the interface of PP-PP. however, the samples welded with threaded cylinder and threaded conical pins had dense structures. The results showed that the threaded cylinder pin is the most appropriate pin for creating joint between two PP plates with the FSW method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polypropylene
  • Joining
  • Friction Stir Welding
  • Pin Design
  • Mechanical Properties