تست شکل پذیری درTWB ها، تحت تاثیرپارامترهای مختلفی ازجمله پدیده جریان ماده[۱۰]، کنترل جریان ماده، توزیع تنش وکرنش،ضخامت نسبی دو ورق ورفتار برگشت فنری هرکدام ازورق ها می باشد. لذا تست کشش کروی[۱۱] به عنوان یکی از تست های دوبعدی برروی TWBها دراین تحقیق استفاده خواهدشد وبه وسیله آن، مکان وزمان اولین زوال[۱۲] بررسی خواهد شد. جهت برآوردحد نهایی شکل دهی درهرپروسه شکل دهی، نیاز به یک معیارزوال است که این معیاریا مستقیما از آزمایش بدست آمده ویا با بهره گرفتن ازمعادلات تحلیلی موجود، این حد نهایی پیش بینی می شود که درصورت استفاده ازهرکدام ازاین روش ها، میتوان با مقایسه بین معیاروآنچه درمدل سازی اتفاق می افتد، شروع وپیشروی اولین زوال موردپیش بینی قرارگیرد. بنابراین، دراین تحقیق ابتدا با بهره گرفتن از یک معیارآزمایشگاهی معروف به FLD ومدل سازی هندسی نمونه هایی ازTWB ها با قید همجنس بودن ورق های به کار رفته، زوال درTWB ها را بررسی خواهیم کرد. همانطور که اشاره شد، مدل سازی دقیق تر نواحی مختلف TWB به عنوان یک سازه واعمال خواص متالورژیکی ومکانیکی دقیق ترباعث بهبود پیش بینی ها خواهد شد. بنابراین دراین تحقیق جهت تصدیق روش المان محدود به کارگرفته، ابتدا TWB های همجنس را با سه نوع مختلف مدل سازی جوشکاری بررسی کرده وسپس با تغییرفرضیه تسلیم ازحالت ایزوتروپیک به حالت غیرایزوتروپیک برای ورق های پایه، تاثیرآن را برروی دقت پیش بینی در مدل سازی ها مورد ارزیابی قرارخواهیم داد. سپس با توجه به نکته اشاره درمورد TWB های غیرهمجنس که تغییرشکل آنها اندکی متفاوت ترازنمونه های همجنس است، نمونه های غیرهمجنس را ازبین دوفلزپایه متفاوت ازبین فلزات همجنس استفاده شده در گروه TWB های همجنس، رفتار تست کشش کروی را درTWB های غیرهمجنس مورد ارزیابی قرارخواهیم داد. درنهایت با توجه به پتانسیل هایی که درروش شکل دهی هیدروفرمینگ به آن اشاره شد، تاثیر این روش را برشکل دهی TWB های غیرهمجنس بررسی خواهیم کرد.
یکی ازپارامترهایی که درشکل پذیری TWB ها بسیار موثر می باشد، زاویه بین خط جوش وجهت نورد ورق های مورد استفاده درTWB است. آنچه مسلم است جهت نورد ورق دارای استحکام بیشتری درمقایسه با جهت عمود برنورد است. لذا می تواند به عنوان یک فاکتورمهم درهنگام انجام عملیات جوشکاری ورق ها درنظرگرفته شود. لذا دراین تحقیق با بررسی سه نوع مختلف جوشکاری طولی، عرضی ومورب، استحکام وچکش خواری نمونه های غیرهمجنس TWB های اشاره شده درقبل را ارزیابی خواهیم کرد.

جهت دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت abisho.ir مراجعه نمایید.
 

۲- مروری برتحقیقات گذشته
 

TWB مفهومی است که بوسیله انجمن شکل دهی ارائه داده شد. دراین مفهوم، ورق ها قبل ازاعمال شکل دهی با بهره گرفتن ازتکنیک های مدرن جوشکاری به یکدیگرجوش داده می شوند. درازای این کار، توزیع بهینه ضخامت، استحکام و… میسرخواهد بود. TWB مزایای زیادی نظیرکاهش قیمت تولید، کاهش وزن وبهبود عملکردسازه ای را برای مهندسان به همراه داشته اند وبه دلیل همین مزایا است که TWBها دارای توجه خاصی ازسوی صنایع خودروسازی وهوافضا بوده اند. امروزه، تعدادی ازقطعات اتومبیل ها بوسیله تکنولوژی TWB ساخته می شود. تاریخچه این تکنولوژی به سال۱۹۸۰ برمیگردد ومطالعات زیادی ازآن زمان تاکنون برای کشف گزینه های بیشتری ازمواردکاربرد آنها انجام شده است. اگرچه TWB میتواند ازنگاه های مختلفی مرورشود اما دراین فصل، سعی می شود که مروری جامع ازمکانیک TWB ها ازدید ماکروسکوپیک آورده شود وجزییات آن ها به قسمت مربوطه واگذارمی شود.TWB به نسبت، مفهومی جدید درشکل دهی فلزات می باشد. درساخت TWB ها، یک قطعه یا محصول سازه ای با بهره گرفتن از اتصال ورق های فلزی مختلف که می توانند ازنظر ضخامت، جنس ویا صافی سطح مختلف باشند تولید می شود ونکته آنجا است که اتصال(جوشکاری) قبل ازشکل دهی انجام می شود.Rooks [1] ازپیشگامانی بود که یک تاریخچه ای ازتکنولوژی TWB ها داده است. همانطور که درمقاله آقای Rooks آمده است، اولین TWB حقیقی در حدودسال ۱۹۸۵ تولید شده است. درآن سال،Thyssen، یک شرکت مهندسی جوش سنگ آلمانی با همکاری Rofinisinar، یک شرکت جوش لیزر، یک سیستم جوش لیزری را برای تولید بدنه زیرین آئودی۱۰۰ بنا نهادند. قبل ازآن زمان(درسال۱۹۸۲)، استفاده آزمایشگاهی بسیارکمی ازورق های جوش داده شده بوسیله لیزردرتاسیسات تولیدیRover Swindon برای تولیدقطعه ای که برای اتومبیل مونتگو نیازبود، وجود داشت. تکنولوژی TWB تقریبا به طورهمزمان دراروپا، ژاپن وآمریکا پیشرفت کرده است به نحوی که رشدآن درآمریکای شمالی، اروپاوژاپن حدود۳۰-۲۵% درسال بوده است.از این منظر اروپائیان سعی در بهبود سازه ها نظیر ریل ها، ستون ها ونرده ها داشته اند درحالی که آمریکای شمالی بیشتربه TWB ها درجهت کاهش وزن توجه داشته اند. همانطور که Kusuda وهمکاران [۲] صحبت کرده اند، شرکت تویوتا از سال ۱۹۸۵ شروع به استفاده از TWBکرده است.
تنها آلیاژهای آلومینیوم وفولاد در تحقیقات گسترده ی پیشین برروی TWB ها، مطالعه شده اند. درکنار آلیاژهای فولاد، که بیشتردرصنعت خودروسازی کاربرد دارند، اخیرا تمایلات جدیدی برای استفاده ازآلیاژهای سبک آلومینیوم درماشین ها ایجاد شده است واین به خاطر چگالی کم آلیاژهای آلومینیوم درمقایسه باآلیاژهای فولاد می باشد.از فلزات پرکاربرد درصنعت خودرو شامل درجات مختلف فولادIF[13]، فولاد دوفازی[۱۴]، فولاد با مقاومت بالا وآلیاژکم[۱۵] ودرصنعت هوایی آلومینیوم ومنیزیم می باشندکه درمیان آلیاژهای آلومینیوم، سری های۵۰۰۰و۶۰۰۰ ازتعدد بیشتری درتحقیقات برخوردار بوده اند واین به خاطرکاربرد بیشترآنها درصنعت خودروسازی است. ازخواص آلومینیوم، پتانسیل کاهش وزن فراوان درکنارخواص مکانیکی خوب، شکل پذیری ومقاومت به خوردگی بالا وچگالی کم می باشد که درکنار فولاد باخواص مکانیکی وشکل پذیری خوب وجوشکاری عالی، می توانند ازلحاظ اقتصادی بسیارموثر باشند چه بسا که این ترکیبTWB درصنایع خودروسازی وهوافضاکاربرد فراوان دارند. برای مثال استفاده ازآلومینوم درشاسی خودروآئودی باعث کاهش جرم ۲۰۰کیلوگرم و درخودرو فورد تورس ۲۰۱۰ باعث کاهش ۴۵۰ کیلوگرم شده است.

انتخاب روش جوشکاری مناسب درتولید TWB ها بسیارمهم می باشد. شرکت هوندا درسال۱۹۶۷ تولید زودهنگامی از TWBداشت که محصول آن ازپنج قطعه جدا ازهم ساخته شده بود، که بوسیله جوش گاز بی اثرتنگستن به یکدیگرجوش داده شده بودند[۱]. اما بدلیل اعوجاج بد ناشی از حرارت در محصول، آزمایش با شکست روبرو شد. بدلیل نبود تکنولوژی های مناسب جوشکاری، تولید تکنولوژی TWB تا ظهور جوشکاری تیر لیزری[۱۶] به تاخیر افتاد.
انواع مختلفی از روش های جوشکاری می توانند درساخت TWB ها به کاربرده شوند. در میان روش های جوشکاری، جوشکاری تیرلیزری وجوشکاری سیم شبکه ای ازتوجه بیشتری برخوردارند. براساس یک گزارش، هردولیزرCO2 یا Nd:YAG تقریبا در۹۹% ساخت TWB ها به کاربرده شده اند[۳]؛ اگرچه روش های دیگرجوشکاری نظیرجوش اصطکاکی[۱۷]، جوش تیرالکترونی[۱۸] و جوش القایی[۱۹] نیز می توانند به کاربرده شوند[۴]. جوشکاری لیزری روش جوشکاری غالب برای آلیاژهای فولاد وروش جوشکاری اصطکاکی معمولا برای آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شوند. البته مشکلات زیادی برسرراه ساخت TWB ها به خصوص برای ورق های ازجنس آلیاژهای آلومینیوم وجود دارد واین به خاطرشکل پذیری وجوش پذیری کمتر آنها با روش های معمول جوشکاری است. ازاین رو به عنوان یک تکنولوژی جوشکاری جدید برای TWB ها، جوش اصطکاکی برای اولین باردرسال ۱۹۹۱بوسیله موسسه جوشکاری درکمبریج برای آلیاژهای آلومینیوم پا به عرصه ظهورگذاشت. دراین روش جوشکاری، دوورق به صورت لب به لب کناردر یکدیگرقرار گرفته ومحکم به هم متصل نگه داشته می شوند. سپس بوسیله ابزار تولید کننده اصطکاک، حرارت ایجاد شده وسپس جریان مواد تولید صورت می گیرد وبا حرکت این ابزار، کل خط مورد نظر جوش طی می شود وتولید باند جامدی درمرز دوفلز پایه می کند. درشکل (۲-۱) نمایی ازیک فرایند جوشکاری اصطکاکی ودرشکل (۲-۲) نمونه ای ازیک ابزارتولیدکننده اصطکاک نشان داده شده اند. دراین فرایند بدلیل چرخش ابزارجوش، خواص ناحیه جوش درطرف چپ وراست ابزار متفاوت بوده وتولید دو ناحیه پسرو[۲۰] وناحیه پیشرو[۲۱] می کند. جوش اصطکاکی دارای مزیت های زیادی دربین دیگر روش های معمول جوشکاری ذوبی دارد که می توان به بازرسی کلی کمتر، مصرف انرژی بسیارکمترو توانایی آن درجوشکاری ورق های ضخیم با حداقل یا بدون تخلخل می باشد [۵]. براساس کارهای L.Clapham وهمکاران [۶]، درجوش اصطکاکی بدلیل حرارت کم تولیدشده، تنش های پسماند بسیارکم بوده وعملا درنظر گرفته نمی شوند اما درجوش لیزربدلیل حرارت زیاد، این تنش ها قابل ملاحظه بوده ورند والگوی خاصی نیز ندارند.

شکل (۲-۱): نمایی ازفرایند جوشکاری اصطکاکی[۷].

شکل (۲-۲): نمونه ای ازیک ابزارتولیدکننده اصطکاک درجوش اصطکاکی[۸].
با شروع دهه ۸۰، تکنولوژی TWBمورد توجه بیشتری قرارگرفت ومقالات مرتبط با آن به سرعت رشد کردند. ازآنجا که امکان پوشش همه مطالب دریک فصل به تنهایی وحود ندارد، بنابراین دراین فصل تنها به مرور مقالات مرتبط با مکانیک ماکروسکوپیک TWBها پرداخته می شود. برای مرورکلی TWB ها ازدید تکنولوژیک به [۸] مراجعه شود. تکنولوژی های بسیارجدیدتر جوشکاری، نظیر جوش اصطکاکی، به طورکافی دراین بازبینی پوشش داده نشده است؛ برای مرور به روزتری ازجوشکاری اصطکاکی وپروسه انجام آن به [۹] مراجعه شود. تکنولوژی TWB های ساخته شده ازآلومینیوم جدیدتربوده وبیشترعناوین بررسی شده، این تکنولوژی رابه خوبی پوشش نداده اند. برای مرورجامعی ازفرایندها، پارامترها ومطالب علم موادی مرتبط با جوشکاری لیزری آلیاژهای آلومینیوم به [۱۰و۱۱و۱۲] مراجعه شود.

۲-۱- خواص مکانیکی TWBها:
 

۲-۱-۱- تست کشش:
 

این حقیقت که امکان وجود ضخامت ومواد مختلف دریک ورق تنها وجود دارد، باعث ایجاد توزیع غیریکنواخت کرنش ها وتنش ها در TWB خواهدشد. بنابراین فرض توزیع یکنواخت کرنش که پایه بسیاری ازتکنیک های رایج اندازه گیری کرنش، نظیرکرنش سنج ها[۲۲]، است دیگرکارساز نبوده ونیاز به نمونه هایی جهت تست کشش درTWB است.
یک نکته مهم درتست TWB، اندازه نمونه است. اندازه نمونه بستگی به پارامتری دارد که نیاز به تست دارد؛ اتصال یا جوش. اگرهدف تست اتصال است، نمونه باید شامل هم جوش باشد وهم فلزات پایه. دراین مورد، اندازه نمونه به قدری بزرگ است که به اندازه نمونه استانداردASTM E8 باشد. اگر هدف تست خود جوش است، تنها ماده جوش می بایست درگلویی[۲۳] حضورداشته باشد. Wild و همکاران [۱۳] نشان دادند که تنها نمونه های ریزاندازه [۲۴] (که کوچکتر ازنمونه های استانداردASTM E8 هستند) می توانند نتایج قابل اعتمادی را بدهند. آنها استدلال کردند که این به خاطرتغییرات نتایج حاصله از جوش درتغییرشکل کشی است که با افزایش اندازه نمونه کاهش می یابد اما به جای آن، نمونه های استاندارد چکش خواری فلزجوش رادست بالا تخمین می کند[۱۴و۱۵]. هنگامی که اندازه نسبی جوش در ناحیه گلویی افزایش می یابد، نمودار تنش- کرنش نمونه به سمت نمودارتنش- کرنش فلز جوش میل می کند[۱۳]. بنابراین بسیاری ازمحققان ترجیح داده اند که ازنمونه های آزمایشگاهی کوچک[۱۳و۱۶] یا حداقل اندازه[۱۷] استفاده کنند. نمونه باحداقل اندازه به اندازه ای کوچک است که مارا مطمئن می کند که تنها فلزجوش درناحیه گلویی موجوداست، نشان داده می شود که درصورت استفاده ازاین روش، خواص قابل اعتمادی ازجوش بدست می آید[۱۷]. بااین وجود، مشکلات زیادی مرتبط با این نمونه باحداقل اندازه وجود دارد.مثلا به کارگذاری این نمونه آسان نیست. با وجوداین مشکلات، روش های دیگری برای اندازه گیری خصوصیات کششی فلزجوش پیشنهاد می شود. قانون ترکیب[۲۵] یکی ازاین روش هاست که تنها برای نمونه های با جوش طولی کاربرد دارد. دراین روش فرض می شود که کرنش طولی درامتداد نمونه جوش داده شده کاملا یکنواخت است وبارطولی بین فلز پایه۱و۲وفلزجوش به صورت زیرتقسیم می شود:
(۱-۲)
اگر استحکام وضریب سختی[۲۶] فلزات پایه معلوم باشند، تنش میانگین درفلزجوش،  ، به قرارزیراست:
(۲-۲)
که  ، کرنش طولی یکنواخت و  ،  و  (i=1,2) به ترتیب ضریب سختی، استحکام وسطح مقطع فلزات پایه می باشند و  سطح مقطع ناحیه جوش است. قانون ترکیب توسط بعضی ازمحققان جهت بدست آوردن نمودارتنش-کرنش TWB ها استفاده شده است[۱۳و۱۶و۱۸و۱۹]. مهمترین مشکل این قانون، بدست آوردن سطح مقطع ناحیه جوش است. اندازه گیری های سختی میکرونی[۲۷] می تواند دربدست آوردن این اندازه کمک کند. یک ویرایش کامل ترازاین روش که می تواند برای هردونمونه های طولی وعرضی کابرد داشته باشد بوسیله آقایان Liu وChao [20] منتشر شده است. یک روش جدید که اخیرا برای اندازه گیری خواص مکانیکی موضعی در TWB استفاده می شود، استفاده از روش های بهینه سازی بدون تماس[۲۸] نظیر تکنیک [۲۹]DICاست. DIC از عکس برداری دیجیتال برای ردیابی الگوی مرکبی که به صورت غیرمنظم روی سطح نمونه قبلا اعمال شده است، استفاده می کند. بعد از آزمایش، یک برنامه کامپیوتری عکس های دیجیتالی که درطی آزمایش به صورت موفقیت آمیز گرفته شده اند را با هم مقایسه کرده والگوی مرکبی عکس ها رااصلاح می کند. سپس کرنش های موضعی می توانند با بهره گرفتن ازمحاسبه ی جابجایی الگوهای مرکبی بدست آیند.DIC بوسیله محققان زیادی استفاده شده است [۲۵-۲۱].

۲-۱-۲- خواص کششی:
 

خواص مکانیکی کلی TWBمعمولا با بهره گرفتن از نمونه های تست آزمایشگاهی که شامل نواحی مختلف جوش می شود، بدست آورده می شود؛ نمونه ها ممکن است شامل فلزات پایه باشند یانباشند. این گروه ازآزمایشات اطلاعاتی از TWB را به عنوان یک کل می دهند وبه طوروسیعی درمطالعات استحکام وچکش خواری TWBها استفاده شده اند. درحالی که استحکام موادی که جوشکاری برآن ها تاثیرگذاراست بسیاروابسته به فلزات وپارامترهای جوشکاری است. نشان داده شده است که مقاومت بعدازجوشکاری بعضی ازفولادها نظیرSPCC(یک فولادسرد نوردشده بادرجه کربن پایین) درهمان سطح استحکام فلز پایه باقی می ماند واین مستقل ازروش جوشکاری است[۲۸-۲۶]. این امربرای آلومینیوم های حرارت دیده[۳۰] نیز صادق است؛ اگرچه آلیاژهای رسوب- سختی آلومینیوم[۳۱] خواصشان درطی جوشکاری تغییرمی کند وتمایل به داشتن استحکامی پایین ترازفلزات پایه اولیه دارند واین به خاطرازهم پاشیدگی ودرشت شدن رسوبات است[۳۱-۲۹]. هرجاکه ذوب شدن دوباره اتفاق بیفتد، مثلا درجوش لیزری، یا اگرماده دچارتبلوردینامیکی شود، مثلادر جوش اصطکاکی، اندازه دانه ها درناحیه جوش ممکن است با اندازه دانه ها درفلزات پایه تفاوت داشته باشد. این تفاوت دراندازه دانه ها موجب تفاوت درتنش تسلیم ودرنتیجه استحکام مواد می شود[۳۱]. تنش تسلیم واستحکام کششی TWB بستگی به جهت خط جوش نیزدارد. Seo وهمکاران [۳۲] گزارش داده اند که تنش تسلیم واستحکام کششی نمونه هایی[۳۲] که به صورت طولی به یکدیگر جوش داده شده اند، ۱۲% بهترازنمونه هایی است که به صورت عرضی به یکدیگرجوش داده شده اند. آزمایشات نشان داده اند که چکش خواری TWB بعد ازجوشکاری کاهش می یابد. این کاهش چکش خواری شدیدا وابسته به مثلا روش جوشکاری[۲۹]، جهت خط جوش[۳۳]، اندازه ناحیه جوش درسطح مقطع نمونه[۱۴] ونسبت ضخامت دو ورق[۳۱] است. Miles وهمکاران [۲۹] نشان دادند که TWB باجوش اصطکاکی دارای چکش خواری بهتری نسبت به جوشکاری گازتنگستن است. Davies وهمکاران [۱۵] استدلال کردند که افزایش تخلخل درفلز جوش وافزایش اندازه سطح جوش در سطح مقطع نمونه باعث کاهش چکش خواری خواهدشد. Cheng وهمکاران [۳۳و۲۸] نشان دادند که TWBساخته شده از۵۷۵۴-O که به صورت عرضی جوش داده شده اند دارای چکش خواری بهتری نسبت به جهت طولی هستند [۳۳] و نسبت ضخامت کوچکترنیز باعث بهبود چکش خواری خواهدشد.

۲-۱-۳- سختی:
 

تست سختی اغلب به عنوان یک تکنیک تست مکانیکی غیرمستقیم استفاده می شود. دریک صحبت کلی، مواد باسختی بیشتر، محکم تروبا استحکام بیشترهستند یعنی دارای تنش تسلیم بیشتر، شکننده تر ودارای تغییر شکل کمترتا سرحدشکست هستند[۳۴]. مطالعات زیادی نشان داده اند که سختی ناحیه کنارنوارجوش درTWBها دراثرجوشکاری به اندازه قابل توجهی تغییرمی کند [۱۳و۲۷و۲۸و۳۱و۳۲و۳۷-۳۵]. این تغییرات درسختی وتوزیع آن با پارامترهایی نظیر روش های مختلف جوشکاری [۳۷]، فلزات پایه [۳۵] ونسبت ضخامت [۲۸] تغییر می کند. مثلا برای فولاد مطالعات نشان داده اند که دربیشتر موارد سختی درناحیه جوش افزایش می یابد [۱۳و۲۷و۲۸و۳۲و۳۵و۳۷]. اگر چه این این افزایش بستگی به روش جوشکاری وخصوصیات مواد دارد. در جوشکاری لیزری این افزایش بین ۲۵% [۳۲] تا۵۰% [۲۸] گزارش شده است. این افزایش همچنین می تواند می تواند وابسته به مقدارکربن نیز باشد [۳۵]. ناحیه افزایش سختی می تواند عرضی درحدود دهها میلیمتر تا چندمیلیمتر بسته به ماده وروش جوشکاری داشته باشد [۳۵]. همچنین نوع گرمای ورودی دراین موضوع بسیارموثراست، زیرا یک گرمای ورودی متمرکز، مثلا درجوش لیزری، باعث ایجاد یک ناحیه سختی تنگ تر درمقایسه با یک روش دیگربا تمرکز کمترنظیرجوش MIG می شود[۳۷].
آلیاژهای آلومینیوم را می توان در دودسته حساس به حرارت وغیرحساس به حرارت تقسیم بندی کرد[۹]. درمیان سری های استاندارد آلیاژهای آلومینیوم، سری های۲۰۰۰،۶۰۰۰و۷۰۰۰ به طورکلی حساس به حرارت هستند درحالی که سری های ۱۰۰۰،۳۰۰۰،۴۰۰۰و۵۰۰۰ به طورکلی به حرارت حساس نیستند. تاثیرجوشکاری نیز براین دو دسته مسلما متفاوت خواهد بود. آلیاژهای حساس به حرارت به طورمعمول دچارازهم پاشیدگی ودرشت شدگی قابل ملاحظه ای بعدازجوشکاری با دمای بالا می شوند. این نتایج باعث کاهش شدید استحکام بعد ازجوشکاری لیزری [۳۰و۳۱] یا GTAW [29] می شود وبنابراین کاهش شدید سختی درناحیه جوش وناحیه تحت تاثیرحرارت راسبب می شود. بعضی ازآلیاژهای غیرحساس نظیر۵۱۸۲-O ممکن است دچار افزایش سختی کمتری درناحیه جوش بعد ازجوشکاری اصطکاکی شوند واین به خاطرتبلور مجدد دانه ها وکارسختی پسماند می باشد[۲۹].

۲-۲- شکل پذیری
 

۲-۲-۱- روش های تست شکل پذیری:
 

ازآنجا که شکل پذیری TWB ها تحت تاثیرجوشکاری قرار می گیرد، لذا تست های آزمایشگاهی جهت آنالیز شکل پذیری آنها مورد نیاز است. تست های شکل پذیری دردوگروه کلی گنجانده می شود: تست های ذاتی[۳۳] وتست های شبیه سازی شده.
تست های ذاتی، خواص مواد را اندازه می گیرند. نتایج تست های ذاتی مستقل ازاندازه نمونه، پارامترهای دستگاه،ضخامت، مشخصات سطح نمونه وروغن کاری است. مثال هایی از تست های ذاتی شامل تست کشش، تست تورم، تست سختی، تست کششی کرنش صفحه ای وتست کشش دوطرفه مارسینیاک است. تست های شبیه سازی شده اطلاعاتی را فراهم می کنند که وابسته به پارامترهای پروسه ای نظیر ضریب اصطکاک وهندسه هستند. بنابراین نتایج بدست آمده مربوط به نوع خاصی ازپروسه شکل دهی وهندسه است. مثال هایی ازتست های شبیه سازی شده این چنین اند[۳۸]:
تست Olsen، تست Erichson، تست ارتفاع حدگنبدی شکل[۳۴] ، تست Yoshida، تست خمش، تست بسترکشش، تست swift cup ، تست Englehardt، تست خمش به همراه کشش، تست Fukui، تست کشش درحالت کرنش صفحه ای.
اگرچه پارامترهای پروسه ای درتست های ذاتی نادیده گرفته می شوند اما هنوزهم آنها می توانند اطلاعات مفیدی درمورد شکل پذیری ورق ها به ما بدهند. یک ضریب سختی بالاترمشخصه ای است که نشان ازکرنش یکنواخت بزرگتردرماده قبل از شروع ناپایداری را می دهد.تنش تسلیم پایین تر، بهبود شکل نهایی رادرهنگام شکل دهی آرام نتیجه می دهد وکاهش برگشت فنری را به همراه دارد. بالاتربودن نماد وابستگی به نرخ کرنش، رویداد اولین تسلیم موضعی[۳۵] را به تاخیر انداخته وبنابراین باعث بهبود شکل دهی می شود. مواد با نمادغیر ایزوتروپی بالاتر، درمقابل نازک شدن مقاومت کرده ودرنتیجه مشخصه بهتری ازکشش[۳۶] را فراهم می کنند[۳۹]. در میان تست های شبیه سازی شده، دوتست ارتفاع حدگنبدی شکل و Swift cup بیشترین کاربرد را درتخمین شکل دهی TWB ها داشته اند. درمقایسه تست جدیدی به نام تست [۳۷]OSU نیز بعضا برای شکل دهی TWBها استفاده شده است[۴و۲۹و۴۰]. خلاصه ای ازاین سه تست اینجا آورده شده است.
تست Swift cup ، قابلیت کشش[۳۸] صفحات را آزمایش می کند. یک سری ورق هایی با قطر افزاینده (D0) دراین تست استفاده می شوند. یک نگه دارنده صفحه را نگه داشته ویک جام کوچک با مرزهای کناری موازی وکف مسطح شده[۳۹]، ورق ها راشکل می دهد (مطابق شکل (۲-۳)). نماد این تست، نسبت کشش حدی[۴۰] است که با بهره گرفتن از شکل دهی ورق با بیشترین ارتفاع بدون استفاده ازفلنج وبدون رخ دادن پارگی این پارامتر محاسبه می شود[۳۹].
(۲-۳)

دراین معادله، βo max نماینده نسبت کشش حدی است، Do max بیشترین قطرورق شکل داده شده و doنیز شعاع جام می باشد.

(ب) (الف)
شکل (۲-۳): تست Swift cup : الف) قبل ازشکل دهی ب) بعدازشکل دهی[۳۹].
شعاع سمبه استاندارد، ۳۵/۶ میلیمتر است. شرایط سطحی خاصی نیز برای نمونه وبرای قالب مورد نیاز است. این تست بیشتر مناسب کشش[۴۱] است وبرای فرایند مهرزنی که شامل کشش[۴۲] نیز می شود، مناسب نیست[۳۹]. درشکل (۲-۴) نمونه هایی ازورق های تحت این تست نشان داده شده اند.

شکل (۲-۴): نمونه هایی ازورق های تحت تست Swift cup[39].
ارتفاع حدگنبدی شکل شاید بهترین وشناخته شده ترین تست در صنعت خودروسازی باشد. این تست شامل یک سمبه ویک ترکیبی ازقالب ها است که این اطمینان راحاصل می کند که درحین فراهم کردن شرایط کشش به سمت داخل[۴۳] ، شرط کشش خالص نیز فراهم شده باشد (شکل (۲-۵)). ورق تاجایی کشیده می شود که زوال اتفاق بیفتد وحدارتفاع گنبدی شکل دربیشینه باراعمالی، بدون هیچ گونه پارگی یا چروکیدگی، بدست می آید[۲۹]. اپراتور می بایست ورق رابا شبکه ای ازدایره های کوچک قبل از کشش علامت گذاری کند یا می تواند از دوربین های دیجیتال برای ثبت تغییر شکل در حین کشش استفاده کند (شکل (۲-۶)).در مورد شبکه بندی دایره ای، دایره ها معمولا دارای قطر۲-۵ میلیمتر هستند وبوسیله دستگاه نقش گذاری شیمیایی[۴۴] یا شیمیایی- الکتریکی[۴۵] حکاکی می شوند. آنالیز کرنش بوسیله این شبکه بندی تغییرشکل داده، انجام می شود. کرنش در هنگام زوال از نزدیکترین دایره به محل زوال اندازه گیری می شود که این دایره خودممکن است دچارشکست نشده باشد. درواقع، شکل پذیری ورق ها معمولا در شرایط کرنش صفحه ای، کمینه است. بنابراین مطلوب است که عرض ورقی که درحالت کرنش صفحه ای دچار شکست می شود را پیدا کنیم واین عرض می تواند عرض بحرانی برای شکل دهی آن ورق باشد. ارتفاع گنبد متناسب با این عرض بحرانی، ارتفاع حد گنبدی شکل[۴۶] نامیده می شود. دراغلب صنایع، یک ورق با عرض ثابت ۱۳۳میلیمتر برای پیدا کردن ارتفاع حدگنبدی شکل استفاده می شودواین بدون در نظرگرفتن عرض بحرانی این ورق است که از آزمایش بدست می آید[۳۹].

شکل (۲-۵). نمایی ازفرایند تست کشش کروی[۴۰].

شکل (۲-۶). نمونه ای ازورق های شبکه بندی شده درتست کشش کروی[۴۱].
OSU تستی شبیه به تست ارتفاع حدگنبدی شکل است. قواعد پایه ای دراین دوتست یکی است به جزهندسه سمبه واین حقیقت که دیگرمحاسبه عرض بحرانی لازم نیست. بنابراین یک هندسه جدیدflat-elliptical دراین تست استفاده می شود (شکل (۲-۷)). این هندسه شرط کرنش صفحه ای رابه صورت پایدارتری ایجاد می کند واین بیشتربه خاطرهندسه دوبعدی سمبه است. پنج عدد ورق با ابعاد۱۲۴*۱۷۸میلیمتردراین تست بدون محاسبه عرض بحرانی استفاده می شوند[۲۹]. تعداد نمونه ها بسیارکمترازتست ارتفاع حدگنبدی شکل است که درآنجا تعداد ۲۵ نمونه برای محاسبه عرض بحرانی وتعداد ۱۸ نمونه دراین عرض بحرانی تست می شوند[۳۹]. OSU به عنوان تست کشش خمشی[۴۷] بوسیله بعضی محققان نامگذاری شده است واین به خاطر ترکیب کشش وخمش دراین تست است [۴و۱۳]. این ترکیب، این تست رابرای صنعت هوافضا مناسب تر می سازد، زیرا بیشتر فرایندهای شکل دهی دراین صنعت بوسیله لاستیک[۴۸] انجام می شود.

شکل (۲-۷). نمایی از ابزارآلات مورد استفاده درتست OSU[42].
براساس تست های شکل دهی، که سه نمونه ازآنها دربالا اشاره شد، نمودارحدشکل دهی[۴۹] بدست می آید. این نمودار نشان دهنده ی حدشکل دهی با بهره گرفتن ازیک منحنی درصفحه کرنش های اصلی درون صفحه ای است (شکل (۲-۸)).کمترین حدشکل دهی معمولا درحالت کرنش صفحه ای(  ) اتفاق می افتد. بنابراین دربیشتر موارد، قراردادن حدشکل دهی کرنش صفحه ای برای حدشکل دهی کلی یک رویکرد محافظه کارانه خواهد بود. نمودارهای حدشکل دهی یک نقش کلی درارزیابی ودستکاری فرایندهای شکل دهی دارند.
Stuart Keeler [44] مفهوم نمودارحدشکل دهی را درپایان نامه دکترای خود (۱۹۶۱-۱۹۵۷) درموسسه تکنولوژی ماساچوست بیان کرد. دریک کتاب منتشر شده بوسیله آقایKeeler وهمکاران [۴۴]، روش های عددی وآزمایشگاهی مختلفی جهت بدست آوردن نمودارهای حدشکل دهی درسال ۱۹۸۹مرورشده اند.

شکل (۲-۸). نمونه ای ازنمودارحد شکل دهی[۴۳].
اما درمورد TWB ها، دورویکرد برای محاسبه نمودارحدشکل دهی وجود دارد. رویکرد اول، خواص فلزات پایه وفلز جوش را با یکدیگرترکیب کرده ودرکل یک نموداررا برای کل مجموعه بیان می کند. رویکرد دوم، نمودارهای مختلفی را برای فلزات پایه وفلزجوش قائل می شود. بیشتر مطالعات از رویکرد اول استفاده کرده اند. Ghoo وهمکاران [۴۵] رویکرد دوم را پیشنهاد دادند تا دربیان دقیق ترنمودارهای حدشکل دهی بهبود حاصل شود. دراین رویکرد، سه نمودار مختلف حدشکل دهی بیان می شود که یکی نماینده نموداربرای فلز جوش ودوتای دیگر برای فلزات پایه می باشند. از آنجا که ممکن است بین این سه نموداراختلافات زیادی وجود داشته باشد، لذا رویکرد دوم دقیق ترخواهد بود.
 

۲-۲-۲- شکل پذیری TWB ها:
 

تست های شبیه سازی شکل پذیری، نظیرارتفاع حدگنبدی شکل یا ارتفاع تورم[۵۰]، جهت تخمین شکل پذیری TWB ها بسیار مورد استفاده قرارگرفته اند. این تست ها نشان داده اند که برای کلیه آلیاژها، تمرکز تنش ایجادشده بوسیله توزیع غیریکنواخت استحکام در سطح مقطع جوش[۱۰و۴۶] یا بوسیله یک ناحیه ذوب شده ی ناقص، شکل پذیری را کاهش می دهند. نتایج مشابهی نیز برای جوش اصطکاکی بدست آمده است[۱۰و۴۷]. نتایج تست های شکل پذیری اغلب نمودارحدشکل دهی، کرنش اصلی کمینه وشکل شکست را بیان می کنند[۲۸].
شکل پذیری TWB ها تحت تاثیر میکروساختار جوش وخصوصا ناحیه تحت تاثیرحرارت است. درحالت کلی، آلیاژهای آلومینیوم هنگامی که اندازه دانه ها بزرگتر می شود شکننده تر می شوند واین به خاطراین است که شکست های بین دانه ای راحت تر اتفاق می افتد. Sato وهمکاران [۴۷] نشان دادند که یک اندازه دانه بهینه برای شکل پذیری بهینه وجود دارد. Nagasaka وهمکاران [۴۸] نشان دادند که کشش عمیق در TWB ساخته شده ازفولاد پراستحکام با افزایش کربن بدتر می شود.
نسبت ضخامت دو ورق نیزدر شکل پذیری TWBها تاثیر می گذارد. شکل پذیری TWB ها (سطح نمودارحدشکل دهی وکرنش اصلی کمینه دراین نمودار) درحالت کلی با افزایش این نسبت ضخامت، کاهش می یابد[۴۰و۲۶و۲۸و۴۹]. TWBهایی با نسبت ضخامت نزدیک به یک، نشان داده می شوند که دارای کرنش اصلی کمینه نزدیک تری به فلزات پایه خود هستند [۲۸،۳۲]. براساس کارهایCayssials [50]، شکل پذیری TWBکاهش می یابد اگرنسبت ضخامت ویا مقاومت دوفلز پایه افزایش یابد. شکل پذیری همچنین تحت تاثیرشرایط بارگذاری نظیر جهت بارگذاری نسبت به خط جوش نیز می باشد. Cheng وهمکاران [۲۹] مشاهده کردند که کرنش اصلی کمینه در TWBها با جوش طولی تقریبا با فلز پایه یکی است، اگرچه کرنش اصلی کمینه برای جوش عرضی از۲۴/۰ به ۱۹/۰ کاهش می یابد. Kusuda وهمکاران [۲] یافتند که الگوی شکست درتست کروی باجهت خط جوش نسبت به جهت اصلی تغییرشکل، تغییرخواهد کرد وبه این نکته پی بردند که درحالت موازی، شکست درخط جوش اتفاق خواهد افتاد درحالی که درحالت عمود، شکست درورق با مقاومت کمتر اتفاق خواهد افتاد. Miles وهمکاران [۲۹] یافتند که TWB های ساخته شده ازآلومینیوم با جوش اصطکاکی، هنگامی که به شرط کشش دومحوره[۵۱] می رسند، دارای حد شکل دهی کمتری نسبت به فلزات پایه هستند. براساس مطالعات Chan وهمکاران [۲۸]، پارامترهای هندسی TWBها نظیرابعاد وشعاع انقطاع، روی شکل پذیری تاثیر گذاشته وممکن است باعث ایجاد کرنش های اصلی بیشینه وکمینه متفاوتی روی نمودارحدشکل دهی شوند. در کنار تحقیقات آزمایشگاهی، مدلسازی های المان محدود نیز می تواند ما را درتخمین شکل پذیری TWBها یاری کند. Vijay و Narasimhan ازجمله کسانی بودند که برای اولین بارازروش المان محدود برای مدل سازی تست های کشش ونمودارحد شکل دهی استفاده کردند [۵۱].
نوع خاص دیگرTWB ها، اتصال دو ورق غیر همجنس یا حداقل با زبری سطح متفاوت می باشد. مطالعات انجام شده روی این دسته ازTWBها به سه گروه تقسیم بندی می شوند: ۱) ترکیب آلیاژهای مختلف آلومینیوم با یکدیگر۲) ترکیب آلومینیوم با یک ماده دیگر۳) ترکیب مواد دیگرغیر ازآلومینیوم با یکدیگر. S.K.Panda [41] با جوش دادن دوفولادIF با ضخامت مختلف، اثر نسبت ضخامت را درشکل پذیری بررسی کرده وبا جوش دادن دوفولاد با زبری سطح متفاوت (که یکی گالوانیزه شده ودیگری بدون پوشش گالوانیزه است)، اثر پوشش وتغییرنسبت ضریب اصطکاک ورق دوطرف را درشکل پذیری بررسی کرده است. وی به این نکته پی برد که اثر تغییرضخامت بیشتر ازتغییرپوشش سطح است. R.Pad manabhan [52] با ترکیب یک نوع آلومینیوم با چهارنوع مختلف فولاد، TWBای ازدوجنس مختلف ساخت وبا مدل سازی المان محدود کشش عمیق این TWB نشان داد که می توان با بهینه کردن پارامترهای شکل دهی نظیر نیروی نگه دارنده و انتخاب روش جوشکاری مناسب، ترکیبی از دوفلز مختلف ؛که می توانند کاملا ازنظرخواص مکانیکی متفاوت باشند؛ را به خوبی شکل داد. زادپور[۵] باترکیب آلومینیوم های هم جنس با ضخامت مختلف وهمچنین ترکیب دوآلیاژمختلف آلیومینیوم با ضخامت یکسان، به ترتیب اثرتغییرضخامت وتغییرجنس را درتست کشش کروی بررسی کرد.

۲-۲-۳- جریان ماده[۵۲]:
 

خواص متفاوت دوقسمت دریک TWBباعث ایجاد مشکلات شکل دهی مختلفی نظیرکاهش شکل پذیری ویا جریان ماده می شود. مشکل اول درقسمت قبل توضیح داده شد. این قسمت به مشکل دوم می پردازد.
پارگی[۵۳] وچروکیدگی[۵۴] دو عامل اصلی زوال در شکل دهی ورق ها و TWBها هستند. قسمت های مختلف صفحه ورق که دریک TWB معمولی استفاده شده اند، دارای استحکامات مختلف ودرنتیجه تغییرشکل مختلفی هستند. اگرماده ای که در طرف سمبه قراردارد به صورت عمود برخط جوش کشیده شود، تغییرشکل قسمت ضعیف تربیشتر ازقسمت قوی تربوده وممکن است باعث ایجاد پارگی شود. برعکس، تنش های فشاری دردیواره ها وناحیه فلنج ممکن است باعث چروکیدگی در بعضی کابردهای شکل دهی شود. ناتوانی ماده ضعیف تربرای مقاومت دربرابرتنش فشاری بالا وکاهش استحکام کمانش درمورد ورق ضعیف ترباعث حرکت خط جوش به سمت قسمت ضعیف تروکمانش آن ورق دردیواره ها وناحیه فلنج می شود[۵۳]. با توجه به دوعامل زوال که دربالا اشاره شدند، درمورد شکل دهی TWBها سه نتیجه گیری دارای بیشترین احتمال رخ دادن هستند[۵۴]: ۱) بدلیل تغییرشکل بیشتر قسمت ضعیف تر(نازک تر) نسبت به قسمت قوی تر( ضخیم تر) خط جوش ممکن است به سمت قسمت ضخیم تر منحرف شده واین انحراف ممکن است باعث پارگی درقسمت نازک ترشود.۲) ماده نازک تری که بدون نگه دارنده ومقید کننده است، ممکن است دچار چروکیدگی شود.۳) بیش مقیدکردن[۵۵] ماده نیزممکن است در بعضی موارد شکل دهی اتفاق بیفتد که حرکت خط جوش به سمت قسمت نازک تررانتیجه داده وممکن است باعث پارگی شود.
مکان اولیه خط جوش نقشی اساسی رادرحرکت خط جوش بازی می کند. مطالعات نشان داده اند که فاصله بیشترخط جوش نسبت به خط مرکزی باعث حرکت بیشترخط جوش می شود[۵۵و۵۶]. درحقیقت، عمق شکل دهی بیشینه ونیروی لازم بیشینه با کاهش فاصله بین خط جوش وخط مرکزی، افزایش می یابد[۵۶]. شکل ورق نیز به خوبی روی حرکت خط جوش تاثیرمی گذارد. Choi وهمکاران [۵۵] نشان دادند که مقادیراندازه گیری شده ی حرکت خط جوش ومقادیر کرنش درضخامت درجهت قطری برای شکل دایره ای بیشتر ازشکل چهارضلعی است.
Lee وهمکاران [۵۷] یافتند که یک رابطه مستقیمی بین حرکت خط جوش وبرگشت فنری وجود دارد. آنها نشان دادند که کاهش حرکت خط جوش، یک راه حل مفید برای کاهش برگشت فنری وبهبود شکل دهی می باشد. براساس مطالعات Meinders وهمکاران [۵۸]، حرکت خط جوش به طور قابل توجهی وابسته به توزیع کرنش خصوصا هنگامی که ماده عمود برخط جوش کشیده می شود، است. آنها استدلال کردند که قراردادن مکان خط جوش درنواحی با کرنش عمود برخط جوش کمتر، باعث کاهش حرکت خط جوش خواهدشد[۵۸].