30546

يك رويكرد بهينه سازي چند پاسخه براي بهبود ويژگي هاي مكانيكي جوشكاري نقطه اي مقاومتي قطعات غير مشابه

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مكانيك- ساخت و توليد

1398

1402/11/30

حبيب اله اكبري - رسول نورالسناء

روح الله عشيري - رستم يادگاري

پرديس دانشگاهي - دانشكده مهندسي مكانيك

جوشكاري نقطه اي مقاومتي هنوز رايج ترين فرآيند اتصال براي مونتاژ ساختار بدنه است. مزاياي زيادي دارد و استفاده از آن ساده است، اما چالش اصلي كنترل پارامترهاي فرآيند است كه بر خواص مكانيكي و كيفيت جوش تأثير مي‌گذارد. فولادهاي پيشرفته با استحكام بالا براي پاسخگويي به خواسته‌هاي خودروسازان مانند بدنه سبك‌تر و قوي‌تر ساخته شدند. فولاد كوئنچ و بخش بندي (Q&P980) يك فولاد پيشرفته نسل سوم با استحكام بالا با تركيبي از استحكام بالا و شكل پذيري بالا است. در اين تحقيق تأثير پارامترهاي ورودي فرآيند (جريان جوش، زمان جوش، فشار الكترود و زمان نگه‌داري) بر پاسخ‌هاي خروجي (قطر جوش ، بار پيك و فرورفتگي) براي جوش‌هاي نقطه‌اي مقاومتي غيرمشابه فولاد Q&P980 با استحكام بالا بررسي شد. اتصالات فولادي SPFC780Y كه در شركت خودروسازي سايپا اجرا شده است. رويكرد طراحي آزمايشات (DOE) با دو عامل سطح و نقاط مركزي اتخاذ شد. براي اندازه گيري پاسخ ها از آزمون لايه برداري مخرب و آزمون برش كششي استفاده شد. عوامل معني دار با استفاده از تحليل واريانس (ANOVA) پياده سازي شده توسط نرم افزار Minitab 18 تعيين شد. يك بهينه‌سازي چند پاسخي با استفاده از روش تحليل تابع مطلوبيت (DFA) انجام شد. مشخص شد كه زمان نگهداري مهم‌ترين عامل مؤثر بر قطر جوش است، در حالي كه جريان جوشكاري بيشترين تأثير را بر بار پيك و فرورفتگي دارد. يك بررسي جامع بر روي ويژگي‌هاي هندسي مانند اندازه قطعه، عرض ناحيه همجوشي، مساحت ناحيه همجوشي، فرورفتگي الكترود و ناحيه منطقه متاثر از حرارت و همبستگي آنها با بار پيك (Pmax)، انرژي شكست، انرژي تخريب و ازدياد طول در بار اوج انجام شد(Lmax). در مقابل، حالت هاي شكست و رفتار شكست با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد كه استفاده از سطوح بالاي جريان جوشكاري و زمان جوشكاري با حفظ سطوح پايين فشار الكترود و زمان نگهداري منجر به حداكثر بار پيك، جذب انرژي و حداكثر (Lmax) با حالت شكست خروجي (PF) مي‌شود و اين براي موارد بزرگ تا حد بحراني نشان داده شد .علاوه بر اين، در اين تحقيق يك بررسي دقيق براي ايجاد ارتباط بين ريزسختي و ريزساختار انجام شد. براي بررسي متالوگرافي از ميكروسكوپ نوري با SEM استفاده شد. ريزسختي ويكرز براي ارائه مشخصات ريزسختي استفاده شد. پديده نرم شدن در منطقه متاثر از حرارت (HAZ) هر دو ماده مشاهده شد، با وقوع بالاتر در SPFC780Y كه به حضور مارتنزيت معتدل نسبت داده مي‌شود. اين مطالعه نشان داد كه محتواي قابل توجهي از سيليكون و منگنز به طور مثبت به بهبود عملكرد مكانيكي كمك مي كند. تنظيمات بهينه براي رويكرد بهينه‌سازي چند پاسخ به صورت جريان جوش KA 12.5 ، زمان جوش 18 سيكل، فشار الكترود 420 كيلوگرم و زمان نگهداري 10 سيكل است كه قطر قطعه 8.0 ميلي‌متر را توليد مي‌كند. بار KN 35.15 و فرورفتگي 22.5% از ضخامت ورق، با تابع مطلوبيت مركب 0.764.

1402/12/12

A Multiresponse Optimization Approach to Mechanical Properties Improvement of Dissimilar Resistance Spot Welding

1/1/1900 12:00:00 AM

Resistance spot welding is still the most common joining process for autobody structure assembly. It has many advantages and is simple to use, but the main challenge is controlling the process parameters that affect mechanical properties and weld quality. Advanced high-strength steels were developed to meet the demands of automakers such as lighter and stronger autobody. Quenching and partitioning (Q&P980) steel is a third-generation advanced high strength steel with a combination of high strength and high ductility. In this research the effects of process input parameters (welding current, welding time, electrode pressure, and holding time) on the output responses (nugget diameter, peak load, and indentation) were investigated for dissimilar resistance spot welds of Q&P980 steel with high strength steel SPFC780Y joints which implemented in SAIPA automobile manufacturing company. Design of experiments (DOE) approach with two level factors and center points was adopted. Destructive peel test and tensile shear test were used to measure the responses. The significant factors were determined using analysis of variance (ANOVA) implemented by Minitab 18 software. A multi-response optimization was carried out using the desirability function analysis (DFA) method. It was found that holding time was the most significant factor influencing nugget diameter, while welding current had the greatest impact on peak load and indentation. A comprehensive investigation was conducted on geometrical attributes such as nugget size, fusion zone width, fusion zone area, electrode indentation and heat affected zone area and their correlations with peak load (Pmax), failure energy, fracture energy, and elongation at peak load (Lmax). In contrast the failure modes and fracture behavior were studied using scanning electron microscopy (SEM). It was observed that using high levels of welding current and welding time while maintaining low levels of electrode pressure and holding time result in a maximum peak load, energy absorption and maximum (Lmax) with pullout failure mode (PF) and this was demonstrated for large nugget size to a critical limit. Furthermore, in this research a meticulous investigation was carried out to establish a correlation between microhardness and microstructure. Optical microscope with SEM were used for metallography investigation Vickers microhardness was implemented to present microhardness profile. Softening phenomena were observed in the heat affected zone (HAZ) of both materials, with a higher occurrence in SPFC780Y attributed to the presence of tempered martensite. The study revealed that a significant content of Silicon and Manganese positively contributes to improve the mechanical performance. The optimal settings for the multi response optimization approach were found to be as a welding current of 12.5 KA, welding time of 18 cycles, electrode pressure of 420 Kgf, and holding time of 10 cycles which produced a nugget diameter of 8.0 mm, a peak load of 35.15 KN, and an indentation of 22.5% from the sheet thickness, with a composite desirability function of 0.764.

جوشكاري نقطه اي مقاومتي , طراحي آزمايش ها , عملكرد مكانيكي , متالورژي جوش

Resistance spot welding , Design of Experiments , Mechanical performance , weld metallurgy

Karrar Hossein

Dr. Habibollah Akbari - Dr. Noorossana