جوش اصطکاکی-تحریکی زیر آبی آلومینیوم به مس خالص

چکیده

جوش اصطکاکی- تحریکی (FSW کلاسیک)، دارای مزیت هایی نسبت به تکنیک های جوشکاری نفوذی سنتی است که برای اتصال بخش های ناهمسان مورد استفاده قرار می گیرد. به هرحال، برخی چالش ها هنوز هم در زمینه ی جوشکاری روی هم آلومینیوم یا مس مشاهده شده است. در بین این چالش ها، تشکیل ترکیبات بین فلزی آلومینیوم- مس، یکی از مشکلات اصلی می باشد. در تحقیق حاضر، به دلیل این حقیقت که تشکیل و رشد ترکیبات بین فلزی به طور قابل توجهی بوسیله ی رویه ی حرارت دهی کنترل می شود، جوش کاری اصطکاکی-تحریکی زیر آبی (FSW زیر آبی) برای ایجاد جوش، مورد استفاده قرار گرفته است. جوش بدست آمده بوسیله ی FSW زیر آبی، از طریق مقایسه این جوش با جوش بدست آمده بوسیله ی FSW معمولی (با در نظر گرفتن پارامترهای یکسان) مورد آنالیز قرار گرفته است. به منظور بررسی اثر وجود آب بر روی رویه ی حرارت دهی، ترموکوپل نوع k برای اندازه گیری حرارت جوش، مورد استفاده قرار گرفته است. در این زمینه، این فهمیده شده است که آب می تواند دمای پیک و سیکل حرارتی را کاهش دهد. نتایج XRD نشان می دهد که سطح مشترک جوش ها عمدتا شامل ترکیبات بین فلزی Al-Cu می باشد. همچنین این فهمیده شده است که مقدار ترکیبات بین فلزی در جوش زیر آب، به طور قابل توجهی کمتر از جوش معمولی است. تصاویر SEM و EDS خطی همچنین نشاندهنده ی این است که لایه ی میانی نفوذی از جنس Al-Cu که در سطح مشترک جوش زیر آبی ایجاد می شود، به طور قابل توجهی از لایه ی تشکیل شده در جوش معمولی، نازک تر است.

مقدمه

بسیاری از ترکیبات هیبریدی به طور گسترده در صنعت فضایی، هسته ای، حمل و نقل و الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد (مخصوصا کوپل های فلزی آلومینیوم/ مس). به هر حال، خواص فیزیکی و شیمیایی هر دو فلز، به طور قابل توجهی متفاوت است. به عنوان یک نتیجه، برخی چالش ها در زمینه ی جوش کاری ناهمسان وجود دارد. مشکل اصلی در مورد میل ترکیبی این مواد در دماهای بالاتر از 120 درجه می باشد. این مسئله می تواند منجر به تشکیل ترکیبات بین فلزی ترد از جنس آلومینیوم/ مس گردد. این ترکیبات دارای دمای یوتکتیک پایینی هستند. بنابراین، فرایندهای اتصال دهی جامد، به عنوان روش های جوش کاری مورد تأییدی برای این فلزات مورد استفاده قرار می گیرد.
جوش اصطکاکی-تحریکی (FSW) یک روش اتصال دهی جدید است که بوسیله ی انستیتوی جوش (TWI) در سال 1991 ابداع شده است. این روش جوشکاری، در اصل برای آلیاژهای آلومینیوم توسعه یافته است و به زودی برای استفاده در مواد دیگر و ترکیبات مختلف مورد استفاده قرار گرفت. از زمان کشف، روش FSW به طور گسترده در هوافضا، ساخت کشتی، الکترونیک و صنایع راه آهن، مورد استفاده قرار گرفت.
در مقایسه با روش های اتصال نفوذی متداول، FSW دارای مزیت های زیادی است. در طی این فرایند جوشکاری، دمای پیک کمتر از دمای ذوب فلز می باشد. این روش دارای قابلیت خوبی برای جوشکاری فلزات ناهمسان است. از آنجایی که محدودیت های این روش زیاد است، بسیاری از محققین بر روی FSW ناهمسان تمرکز کرده اند.
گروهی از محققین ایرانی ریزساختار و خواص مکانیکی جوشکاری اصطکاکی-تحریکی آلومینیوم به مس را با مرفولوژی های و خواص متفاوت ناحیه ی تحریک، مورد بررسی قرار دادند. در این پژوهش، این فهمیده شد که 〖Cu〗_9 〖Al〗_4، CuAl و Cu〖Al〗_2 اصلی ترین ترکیبات بین فلزی هستند که در ناحیه ی سطح مشترک، تشکیل می شوند. یک میزان حرارت ورودی بالاتر، موجب افزایش میزان ترکیبات بین فلزی می شود و بنابراین، موجب کاهش خواص مکانیکی می گردد. حتی، ورود حرارت نباید خیلی آهسته باشد زیرا ورود آهسته ی حرارت می تواند موجب ایجاد اتصال نامناسب گردد. Ouyang و همکارانش، تغییرات ریزساختاری در قطعات جوشکاری شده از جنس آلیاژ آلومینیوم 6061 و مس را مورد بررسی قراردادند. آنها بر روی رابطه ی میان توزیع دما و ترکیبات بین فلزی، تمرکز داشتند. این فهمیده شد که ترکیبات بین فلزی مانند 〖Cu〗_9 〖Al〗_4، CuAl و Cu〖Al〗_2 به همراه مقداری اندکی فاز α-Al و محلول جامد اشباع شده از آلومینیوم در مس، در ناحیه ی مخلوط وجود دارد. دندریت های اولیه از جنس α-Al ، Cu〖Al〗_2 ، CuAl و α-Al/Cu〖Al〗_2 در قطعات جوش کاری شده و در طی انجماد، مشاهده می شود. آنها به طور کامل فازهایی را توصیف کرده اند که در جوش وجود دارد و در پایه ی دیاگرام فازی دوتایی آلومینیوم- مس وجود دارد. Galvao و همکارانش اثر نوع آلیاژ آلومینیوم بر روی جوش کاری ناهمسان اصطکاکی-تحریکی آلومینیوم به مس را مورد آنالیز قرار داده است. آنها یک آلیاژ عملیات حرارتی شده (AA 6068) و یک آلیاژ غیر عملیات حرارتی شده (AA 5083) را انتخاب کردند. آنها تفاوت های موجود در نتایج بدست آمده در مورد جوشکاری این دو نوع آلومینیوم را در سطح میکرو و ماکرو، مورد آنالیز قرار دادند و نتایج مفید و معناداری در مورد این نوع جوشکاری، بدست آوردند.
علارغم قابلیت استثنایی FSW به منظور اتصال فلزات ناهمسان آلومینیوم/ مس، ترکیبات بین فلزی هنوز یکی از مشکلات عدیده محسوب می شوند. از کارهای قبلی، این به نظر می رسد که سه فاکتور بر روی نتایج جوشکاری، اثر می گذارد. اولا، یک جریان مناسب از مواد نرم شده در تشکیل کامل جوش، مشارکت دارند. سرعت چرخش پایین یا سرعت های جوشکاری بالا همواره موجب ایجاد اتصال ناقص می شود. دوما، ترک خوردن موجب ایجاد نواحی غنی از ترکیبات بین فلزی می شود که دلیل اصلی مربوط به شکست ها در این اتصالات نیز همین عامل است. تشکیل و رشد ترکیبات بین فلزی به ترتیب، به دمای پیک محلی و طول دوره ی رشد نهفته، وابسته است. دمای جوشکاری پایین و دوره ی رشد نهان کوتاه، می تواند موجب کاهش در مقدار ترکیبات ترد بین فلزی شود. سوما، در طی FSW، که یک فرایند کار گرم است، مکانیزم های بازیابی دینامیکی و ری کریستالیزاسیون هنوز فعال هستند؛ بنابراین، این ضروری است که تشکیل و رشد دانه در این حالت، کنترل گردد. برای فرایند FSW کلاسیک، این مشکل است که سه فاکتور را در یک زمان در نظر گرفت. به هرحال، این وضعیت می تواند در زمانی که فرایند در زیر آب انجام می شود، مشکل تر باشد زیرا مایع خارجی موجب تشدید پراکندگی حرارتی می شود و سپس بر روی سیکل حرارتی، اثر می گذارد. این فرایند اصلاح شده ی FSW، جوشکاری اصطکاکی-تحریکی زیر آبی (FSW زیر آبی) نامیده می شود. از این به بعد، برای اینکه بحث ساده شود، جوش بدست آمده بوسیله ی FSW معمولی، جوش معمولی و جوش بدست آمده بوسیله ی FSW زیر آبی، جوش زیرآبی نامیده می شود.
در سال های اخیر، این نشان داده شده است که FSW زیر آبی می تواند موجب بهبود جوش های معمولی شود. Liu و همکارانش خواص مکانیکی مربوط به آلیاژ آلومینیوم 2219 را که با استفاده از FSW زیر آبی جوش داده شده است را مورد مطالعه قرار دادند. آنها فهمیدند که در مقایسه با جوش معمولی، استحکام کششی جوش زیر آبی، می تواند بهبود یابد ولی در کل، پلاستیسیته کاهش می یابد. سپس، آنها اثر سرعت جوش کاری و سرعت چرخش را بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 2219 جوش داده شده با روش FSW زیر آبی را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که تخریب رسوبات موجود در ناحیه ی تغییر مکانیکی یافته و ناحیه ی تحت تأثیر حرارت، بوسیله ی افزایش سرعت جوشکاری تضعیف می شود و منجر به باریک شدن ناحیه ی نرم شوندگی و افزایش پایین ترین میزان سختی می شود. این همچنین فهمیده شده است که اتصالاتی که در پایین ترین سرعت چرخش، ایجاد شده اند، در ناحیه ی تحریک (SZ) می شکنند و در سرعت های بالاتر چرخش، افزایش سختی در ناحیه ی تحریک موجب تا محل های ترک در اتصالات عاری از عیب، به سمت نقاطی حرکت کند که بوسیله ی حرارت و اثرات مکانیکی (TMAZ) و یا حرارت (HAZ) تحت تأثیر قرار گرفته اند. Zhao و همکارانش ، ریزساختار و خواص مکانیکی مربوط به آلیاژ آلومینیوم 7075 تشیکل شده به روش پاشش در روش جوشکاری اصطکاکی-تحریکی زیر آبی را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که استحکام کششی و سختی این جوش ایجاد شده در زیر آب بالاتر از جوش های معمولی است و جوش زیر آبی دارای ریزساختار ریزتری است و عیوب خط S در آنها یافت نمی شود. Zhang و همکارانش، یک مدل انتقال حرارت سه بعدی برای FSW زیر آبی در آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا، توسعه دادند. شبیه سازی و نتایج عملی نشان دهنده ی این اس که برخلاف روش جوشکاری معمولی، دمای پیک ماکزیمم در جوش زیر آب به طور قابل توجهی پایین تر است، اگر چه، شار حرارت سطحی شانه ی جوش، در طی فرایند جوشکاری مربوطه، بالاتر است. این مسئله همچنین مشاهده شده است که ناحیه ی دما بالا می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد و سیکل گرمایی جوشکاری در نواحی مختلف می تواند به طور مؤثری بوسیله ی مایع خارجی، تحت کنترل قرار گیرد.
هم اکنون، FSW زیر آبی آلومینیوم/ مس، نسبت به FSW معمولی، کمتر مورد بررسی قرار گرفته است مخصوصا در حالت جوشکاری روی هم. در این کار، بر اساس کاربردهای صنعتی بالقوه این اتصال فلزی، یک بررسی امکان سنجی در مورد اتصال روی هم آلیاژ آلومینیوم 6061 به مس خالص و بواسطه ی FSW ، مورد آنالیز قرار گرفته است.

رویه های تجربی

همانگونه که در شکل 1 مشاهده می شود، صفحات مسی خالص (با ضخامت 2 میلی متر، عرض 100 میلی متر و طول 200 میلی متر، بر روی صفحات آلومینیوم آلیاژی 6061 T6 (با ضخامت 8 میلی متر، عرض 100 میلی متر و طول 200 میلی متر) قرار داده می شوند، این حالت موجب مس در نواحی کوچک، پوشش داده شود. برای مطالعه ی بهتر فرایند FSW زیر آبی، تحت شرایط جوش کاری یکسان (همانگونه که در جدول 1 نشان داده شده است)، دو آزمایش، یکی زیر آب و یکی تحت هوا انجام شده است. ابزار جوشکاری اصطکاکی-تحریکی شامل دو بخش است: شانه ی مقعر و میخ مخروطی می باشد. شماتیک این ابزار در شکل 2 نشان داده شده است و ابعاد این ابزار نیز در جدول 2 آورده شده است.
برای فرایند جوشکاری اصطکاکی-تحریکی زیر آبی و غیر همسان، رویه ی حرارتی و مقادیر پیک در سطح مشترک دو ماده به طور قابل توجهی بر روی نتایج جوشکاری، اثر می گذارد. بنابراین، در این بررسی ها، ترموکوپل های نوع K برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار گرفته اند. دیاگرام شماتیک مربوط به محل ترموکوپل ها در شکل 3 آورده شده است. تاریخچه ی گرمایی FSW معمولی با استفاده از ترموکوپل های K_1،K_2 و K_3 و تاریخچه ی گرمایی FSW زیر آبی با استفاده از ترموکوپل های K_a،K_b و K_c اندازه گیری گردید. این مسئله جالب است که بگوییم، توزیع دمایی میان سمت جلو (advancing side) (AS) و بخش پشتی (retreating side) (RS) متقارن است. در نظر گرفتن این توزیع دمایی متقارن، ترموکوپل ها در AS قرار داده شده اند.
بعد از جوش کاری، جوش ها بوسیله ی میکروسکوپ معمولی، تفرق اشعه ی X (XRD) و طیف سنجی توزیع انرژی (EDS) مورد بررسی قرار گرفتند.

نتایج و بحث

پیشینه های گرمایی

در طی فرایند FSW، حرارت جوش در اصل در شانه ی ابزار ایجاد شده است. این کار با استفاده از حرارت اصطکاکی ایجاد می شود و ضریب اصطکاک به گونه ای تنظیم می گردد که دمای پیک از دمای ذوب فلز، افزایش نیابد. بنابراین، در کار کنونی، حرارت در اصل، بوسیله ی اصطکاک میان مس و شانه ی ابزار، ایجاد می شود. همچنین به دلیل اینکه ظرفیت جذب حرارت آب، بیشتر از هواست، دو فرایند FSW دارای خواص سیکلی حرارتی متفاوت است.
پیشینه ی گرمایی FSW معمولی و FSW تحت آب در شکل 4a و 4b نشان داده شده است. این فهمیده شده است که دمای پیک موجود در ناحیه ای نزدیک میخ سری جوش و برای FSW معمولی، در حدود 850 درجه ی کلوین است در حالی که این دما برای FSW تحت آب، برابر با 821 درجه ی کلوین می باشد. این بد نیست که بدانید، دمای ذوب یوتکیتک Al-Cu در حدود 825 کلوین است. در مورد دمای پیک، در طی فرایند FSW کلاسیک، دمای بالا (حدود 850 کلوین) و زمان رشد طولانی (حدود 15 ثانیه)، می تواند منجر به تشکیل و رشد آلیاژ یوتکتیک Al-Cu شود. به هرحال، برای FSW زیر آبی، آب خارجی موجب کاهش دمای پیک می شود؛ همچنین از تشکیل ترکیبات بین فلزی نیز جلوگیری می شود. علاوه بر این، در مقایسه با پیشینه ی گرمایی FSW کلاسیک (شکل 4a)، دمای اندازه گیری شده برای FSW زیر آبی، به سرعت و در زمانی که ابزار به ترموکوپل نزدیک و دور می شود، تغییر می کند.
این تغییر قابل توجه در دما 25 ثانیه طول می کشد. دمای بخشی که به نسبت به ابزار دورتر است، پایین تر است (مشابه شکل 4b). به عبارت دیگر، در داخل ناحیه ی نزدیک به ابزار، نرخ حرارت دهی FSW زیر آبی و نرخ سرد کردن، بالاتر از FSW معمولی است. همچنین نرخ های بالا موجب کوتاه کردن زمان کاری می شود. در حقیقت، در طی فرایند FSW، بازیابی دینامیک و ری کریستالیزاسیون همواره به طور پیوسته به همراه تغییرات کرنشی بزرگ ایجاد می شود؛ بنابراین، آب خارجی باید همچنین موجب جلوگیری از رشد دانه شود.
یک نتیجه ی جالب دیگر می تواند از شکل 4 مشاهده شود. در این شکل، اثر سرد کردن جریان آب، موجب افزایش خط اتصال به لبه ی نمونه ی کاری می شود. دلیل این مسئله، این است که در طی FSW زیر آب، آب حوالی وسیله، می تواند به دو بخش تقسیم بندی شود: یکی آب در حال جوشیدن و دیگری آب معمولی. در ناحیه ی آب در حال جوشیدن، مقداری آب تبخیر می شود و در ناحیه ی نزدیک ابزار، تبخیر بیشتری ایجاد می شود و بخار دما بالا، موجب تضعیف اثر سرمایشی می شود. وقتی ایجاد حرارت و توزیع حرارت، به یک حالت شبه پایدار تبدیل شود، دمای نمونه ی کاری در مکان های دورتر از ابزار، در نهایت به حالت پایدار می رسد.

مشاهدات ریزساختاری

شکل 5 نشاندهنده ی سطح جوش مربوط به FSW معمولی و زیر آب است. تفاوت های قابل توجه می تواند با مقایسه ی شکل های 5a و 5b مشاهده گردد. رنگ سطحی مختلف، نشاندهنده ی اکسیداسیون مشهود مس در سطح جوش معمولی است، در حالی که تقریبا هیچ اکسیدی در سطح جوش ایجاد شده زیر آب، مشاهده نشده است. اصلی ترین دلیل برای این پدیده، این است که مس به سهولت در دماهای بالا، با اکسیژن واکنش می دهد و آب خارجی می تواند از برخورد مس با هوا، جلوگیری کند. بنابراین، در مقایسه با FSW معمولی، FSW زیر آبی دارای مزیت جلوگیری از ایجاد اکسید می باشد.
شکل 6 نشاندهنده ی سطح مقطع های جوش اچ شده می باشد. اگرچه دو جوش از یک ماده ساخته شده و تحت پارامترهای مشابه، جوشکاری شده اند، شرایط مخلوط شوندگی مختلف می تواند بوسیله ی مقایسه ی شکل های 6a و 6b مشاهده شود. برای FSW معمولی، سطح مشترک جوش داده شده که ازجنس مواد ناهمسان می باشد، تقریبا مشابه سطح مشترک اولیه است، در حالی که برای FSW زیر آبی، دو فلز به طور واضح در همدیگر نفوذ کرده اند. به عبارت دیگر، در طی فرایند FSW معمولی، ماده عمدتا به صورت افقی جریان می یابد، اما برای فرایند FSW زیر آبی، ماده همچنین در جهت عمودی، جریان می یابد. این مسئله می تواند به صورت زیر توصیف شود. در طی فرایند FSW، ماده به صورت پیچیده جریان می یابد و این جریان می تواند در جهات افقی و عمودی گسترش یابد. به هر حال، در کار کنونی، میخ وسیله مخروطی شکل است و شیاردار نمی باشد. جریان ماده در جهت عمودی، عمدتا بوسیله ی دو فاکتور کنترل می شود: فشار سقوط و دیگری ضریب سایش. برای FSW معمولی و زیرآبی، فشار سقوط یکسان تنظیم شده است. ضریب سایش به دما وابسته است و با افزایش دما، کاهش می یابد. برای FSW معمولی، ماده ی موجود در جلوی ابزار بوسیله ی حرارت جوش، پیش گرم می شود و پیش از لمس وسیله، نرم می شود. به عنوان یک نتیجه، اصطکاک بدین وسیله، کاهش می یابد. برای FSW زیر آبی، به دلیل اثر آب، ماده می تواند در دمای پایین تری نگهداری شود و ضریب اصطکاک در طی FSW معمولی، بالاتر است. بنابراین، جریان یافتن ماده در FSW زیر آبی نسبت به FSW معمولی و در جهت عمودی بیشتر است. این دلیل می تواند همچنین برای توصیف این مسئله مورد استفاده قرار گیرد که چرا عیوب موجود در فرایند FSW، در موقعیت های مختلف، قرار گرفته اندد.

تشخیص فازی

شکل 7 طیف تفرق اشعه ی X مربوط به سطح شکست را در جوش های فلزی ناهمسان را نشان داده است. نتایج XRD نشاندهنده ی سطح مشترک جوش معمولی و زیر آبی است که عمدتا از ترکیبات بین فلزی مانند Cu〖Al〗_2 و 〖Cu〗_9 〖Al〗_4 به همراه مقادیری Al و Cu تشکیل شده است.
انواع مختلفی از ترکیبات بین فلزی که در این بخش تشکیل می شود، نشاندهنده ی مخلوط شدن پیچیده ی مس و آلومینیوم در نقطه ی جوش می باشد. از لحاظ شدت های مربوطه که در پیک ماکزیمم، ترکیبات بین فلزی (Cu〖Al〗_2 و 〖Cu〗_9 〖Al〗_4) بیشتری در جوش معمولی نسبت به جوش زیر آبی، مشاهده شده است. از طیف XRD جوش معمولی و در واقع پیک های قوی Cu〖Al〗_2 ، این فهمیده می شود که در طی فرایند FSW معمولی، یک برهمکنش مناسب میان آلومینیوم و مس ایجاد شده است. اینن مسئله می تواند بوسیله ی پیشینه ی گرمایی، توصیف گردد (شکل 4a). در طی فرایند، آلومینیوم و مس تحت شرایطی جوش کاری می شوند که در آنها تغییر شکل پلاستیک و کار گرم رخ می دهد. همچنین دمای بالاتر از نقطه ذوب یوتکتیک آلومینیوم- مس، در حدود 16 ثانیه به پایان می رسد. علاوه بر این، مواد تحت یک نرخ آرام، سرد می شوند. دو دلیل اصلی در فراند تشکیل و رشد یوتکیتیک، مشارکت دارند. وقتی این فرایند جوشکاری تحت آب انجام می شود، مایع خارجی موجب افزایش سرعت سرد کردن می شود. بنابراین، در طی FSW زیر آب، مقدار ترکیبات بین فلزی آلومینیوم- مس، به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این مسئله لذت بخش است که نتیجه گیری کنیم که نسبت به FSW معمولی، FSW زیر آب دارای مزیت هایی از جمله کاهش میزان ترکیبات بین فلزی می باشد. این مسئله باید تذکر داده شود که این گمان وجود دارد که دمای پیک در طی فرایند FSW زیر آب، کمتر از 825 کلوین می باشد و مقداری ترکیب بین فلزی از جنس Al-Cu در سطح مشترک قرار دارد. دو دلیل می تواند این مسئله را توصیف کند. اولا، خطای اندازه گیری ضرورتا در نتایج وجود دارد و دمای اندازه گیری شده اندگی کمتر از دمای واقعی است.
دوم اینکه، در طی فرایند FSW، تغییر شکل پلاستیک شدید ماده می تواند منجر افزایش دانسیته عیوب شبکه ای و افزایش نابحایی ها گردد. بنابراین، این مسئله می تواند نفوذ اتم ها را افزایش دهد. مسئله ی دیگر، اثر قوی تحریکی است که موجب مهیا شدن انرژی های اضافی و ایجاد واکنش میان آلومینیوم و مس می شود.

آنالیز ریزساختار

شکل 8 تصاویر SEM مربوط به سطح مشترک جوش داده شده در زیر آب است. این نواحی در شکل 6a و شکل 6b با نماد A و B نشان داده شده اند. نتایج SEM مربوطه نشان می دهد که برای FSW معمولی، یک لایه ی نفوذی واضح در سطح مشترک جوش، مشاهده می شود، در حالی که برای FSW زیر آبی، سطح مشترک آلومینیوم- مس، متمایز است. از نتایح آنالیز EDS خطی، این فهمیده می شود که این لایه ی داخلی نفوذی در جوش معمولی، 18 میکرون و برای جوش زیر آب، تنها 2 میکرون است(شکل 9).
نتایج SEM و EDS تطابق خوبی با نتایج XRD دارند. این را باید تذکر دهیم که برای فرایند FSW زیر آب، 2 میکرون ضخامت برای لایه ی نفوذی، دارای معانی خاصی می باشد. اول از همه، در مقایسه با روش FSW معمولی، این مسئله نشان می دهد که آب می تواند موجب کاهش ضخامت این لایه شود. این مسئل به دلیل کاهش در مقدار مواد ترد بین فلزی، ایجاد می شود و موجب بهبود خواص مکانیکی جوش می شود. علاوه بر این، این لایه ی نازک نفوذی نشاندهنده ی این است که اتصال مناسبی بین دو ماده تشکیل شده است.
از شکل 8، این فهمیده می شود که در طی فرایند FSW معمولی، بخش های Cu بیشتری وارد زمینه ی Al می شود، در حالی که در طی فرایند FSW زیر آبی، مقدار و اندازه ی این بخش های مسی، کمتر و کوچکتر است. این پدیده به طور عمده بوسیله ی ویسکوزیته، تحت تأثیر قرار می گیرد. برای FSW معمولی، دمای پیک بالاتر از دمای پیک مربوط به FSW زیر آبی است، بنابراین، ویسکوزیته ی ماده ی در حال جوشکاری، به طور واضح پایین تر از FSW زیر آبی است و ویسکوزیته ی پایین تر بخش آلومینیومی، به بخش های Cu اجازه می دهد تا به سهولت بیشتری انتقال یابد. یک پدیده ی جالب دیگر، این است که هر دو FSW، بخش های Al در زمیه ی Cu ایجاد نشده اند. این مسئله می تواند بوسیله ی دو فاکتور توصیف شود. یکی، نقطه ی ذوب مس بالاتر از آلومینیوم است و تحت دمای یکسان، میزان نرم شوندگی آلومینییوم بیشتر از مس می باشد. یعنی ویسکوزیته ی آلومینیوم کمتر از مس است. بنابراین، این برای بخش های Cu ساده تر است تا در داخل زمینه ی Al پخش شوند. دوم اینکه، دانسیته ی مس در آلومینیوم بزرگتر است و در کار کنونی، صفحات مس خالص در بالای صفحات آلومینیوم 6061 T6 قرار داده شده اند. از این رو، تحت شرایط جاذبه ی زمین، این ساده تر است که بخش های مسی به داخل زمینه ی Al وارد شود.

نتیجه گیری

جوش کاری اصطکاکی-تحریکی زیر آبی آلیاژ 6061-T6 به مس خالص، از طریق مقایسه ی این فرایند با فرایند FSW معمولی، مورد بررسی قرار گرفته است. از آنالیز انجام شده در این مطالعه، نتایج زیر حاصل می شود:
پیشینه ی گرمایی مربوط به FSW معمولی و زیر آب، با استفاده از ترموکوپل های نوع K بدست آمده است. نتایج نشان می دهد که آب خارجی موجب کاهش دمای پیک و کوتاه شدن زمان مورد نیاز برای کار گرم می شود (کاهش سیکل حرارتی). در این مطالعه، برای FSW معمولی ، دمای پیک در حدود 850 کلوین است در حالی که، در FSW زیر آب، این دما در حدود 821 کلوین است.
در طی فرایند FSW زیر آبی، آب خارجی می تواند از اکسیداسیون جوش، جلوگیری کند. و در طی فرایند FSW معمولی، ماده عمدتا در جهت عمودی جریان می یابد اما برای فرایند FSW زیر آبی، ماده همچنین در جهت افقی نیز جریان می یابد.
نتایج XRD نشاندهنده ی این است که سطح مشترک جوش معمولی و زیر آبی، عمدتا شامل ترکیبات بین فلزی آلومینیوم و مس مانند Cu〖Al〗_2 و 〖Cu〗_9 〖Al〗_4 به همراه مقادیری آلومینیوم و مس، است که مقدار این ترکیبات بین فلزی در جوش زیر آبی، کمتر است.
برای FSW معمولی، یک لایه ی نفوذی Al-Cu در سطح مشترک جوش، تشکیل می شود (18 میکرون)، در حالیکه برای FSW زیر آبی، این لایه نازک تر است (2 میکرون).
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.