Effect of the brushing process on the state of the surface layer of butt joints made of using the FSW method

• Autorzy: Bucior Magdalena , Kluz Rafał , Kubit Andrzej , Ochał Kamil

Identyfikatory

DOI

10.15199/160.2020.3.4

Warianty tytułu

PL

Wpływ obróbki szczotkowaniem na stan warstwy wierzchniej spoiny wykonanej metodą FSW

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Friction stir welding (FSW) is one of the most modern methods of joining metals and their alloys in a solid state. This method is particularly suitable for joining the materials that are difficult to weld, such as steels and high-strength aluminum, copper and titanium alloys, as well as some nickel, zirconium and copper alloys. It makes it possible to use this method in the production of aviation structures while reducing the labour consumption, cost and weight, while maintaining comparable or higher strength parameters compared to classic methods. However, the face of weld made using the FSW method is often uneven and moreover, the welding process itself introduces tensile stresses in the surface layer, which reduces the fatigue strength of the joints. Brushing is one of the methods of removing the welding burrs. The study investigates the effect of brushing treatment on the selected properties of the surface layer of butt welds of 2024-T3 aluminum alloy. The research was carried out with the use of wire brushes and cutting brushes with ceramic fibers. The analysis of the obtained results showed that brushing with using a wire brush at a feed rate of 70 mm/min (variant 1) introduced the most favorable residual stresses, while brushing with a ceramic brush at a feed rate of 100 mm/min (variant 4) provided the lowest roughness parameters.

PL

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem FSW (ang. Friction Stir Welding) jest jedną z najnowocześniejszych metod łączenia metali i ich stopów w stanie stałym. Metoda ta jest szczególnie przydatna do łączenia materiałów trudno spawalnych, jak na przykład stale i wysoko wytrzymałe stopy aluminium, miedzi i tytanu, a także niektóre stopy niklu, cyrkonu i miedzi. Daje to możliwość stosowania tej metody przy produkcji struktur lotniczych przy jednoczesnym obniżeniu pracochłonności, kosztów i ich ciężaru, zachowując porównywalne lub wyższe parametry wytrzymałościowe w porównaniu do metod klasycznych. Lico spoiny wykonanej metodą FSW jest jednak często nierówne a ponadto sam proces zgrzewania wprowadza rozciągające naprężenia własne w warstwie wierzchniej, co skutkuje obniżeniem wytrzymałości zmęczeniowej złączy. Jednym ze sposobów usunięcia zadziorów powstałych podczas zgrzewania jest obróbka szczotkowaniem. W pracy przeprowadzono badania wpływu obróbki szczotkowaniem na wybrane właściwości warstwy wierzchniej spoin blach ze stopu aluminium 2024-T3. Badania prowadzono z wykorzystaniem szczotek drucianych oraz szczotek tnących z włóknami ceramicznymi. Analiza uzyskanych wyników wykazała, że szczotkowanie szczotką drucianą przy posuwie 70 mm/min (wariant 1) wprowadza najkorzystniejsze naprężenia własne, natomiast szczotkowanie szczotką ceramiczną firmy Xebec przy posuwie 100 mm/min (wariant 4) powoduje zmniejszenie parametrów chropowatości.

Słowa kluczowe

EN

brushing; Friction Stir Welding; aluminum alloy; brush ceramic tools

PL

szczotkowanie; zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału; stopy aluminium; szczotkowe narzędzia ceramiczne

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 3
• Strony: 30--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il. kolor., fot., wykr.

Twórcy

autor

Bucior Magdalena

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Technologii Maszyn i Inżynierii Produkcji Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Polska

autor

Kluz Rafał

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Technologii Maszyn i Inżynierii Produkcji Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Polska

autor

Kubit Andrzej

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Technologii Maszyn i Inżynierii Produkcji Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Polska

autor

Ochał Kamil

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Nauki o Materiałach Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Polska

Bibliografia

• [1] Bonarski J. 2013. Measurement and use of the texture-stress microstructure characteristics in materials diagnostics. Cracow: Institute of Metallurgy and Materials Science of the Polish Academy of Sciences.
• [2] Buffa G., Fratini L., Micari F. 2012. "Mechanical and microstructural properties prediction by artificial neural networks in FSW processes of dual phase titanium alloys”. Journal of Manufacturing Processes 14(3): 289-296. https://doi.org/10.1016/j.jmapro. 2011.10.007
• [3] Cao J. Y.,Wang M., Kong L., Zhao H.X., Chai P. 2017. “Microstructure, texture and mechanical properties during refill friction stir spot welding of 6061-T6 alloy”. Materials Characterization 128:54-62. https:// doi.org/10.1016/j.matchar.2017.03.023
• [4] Khodaverdizadeh H., Mahmoudi A., Heidarzadeh A., Nazari E. 2012. "Effect of friction stir welding (FSW) parameters on strain hardening behavior of pure copper joints”. Materials & Design 35: 330-334. https:// doi.org/10.1016/j.matdes.2011.09.058
• [5] Kluz R., Bucior M., Kubit A. 2019. ''Identifying optimal Friction Stir Welding process parameters for 2024 Al alloy butt joint". Advances in Science and Technology-Research Journal 13(4): 48-53. https:// doi.org/10.12913/22998624/110740
• [6] Kłysz S. 2015. Basics of strength of materials. Warsaw: Technical Institute of Air Forces.
• [7] Kubit A., Bucior M., Wydrzyński D., Trzepieciński T., Pytel M. 2018. „Failure mechanisms of refill friction stir spot welded 7075-T6 aluminium alloy single-lap joints”. Int J Adv Manuf Technol 94:4479-4491. https:// doi.org/10.1007/s00170-017-1176-2
• [8] Matuszak J., Zaleski K. 2009. "Effect of technological parameters brushing steel S235JR roughness of the machined surface and the mass of material removed". W Zastosowanie informatyki w inżynierii produkcji, 69-80. Lubelskie Towarzystwo Naukowe. http://bc.pollub.pl/Content/567/PDF/zastosowania. pdf#page=69
• [9] Matuszak J., Zaleski K. 2016. Deburring after milling aluminum and magnesium alloys. Lublin: Politechnika Lubelska. http://bc.pollub.pl/Content/12904/PDF/ usuwanie.pdf
• [10] Prime M., Gnäupel-Herold T., Baumann J., Lederich R., Bowden D., Sebring R. 2006. “Residual stress measurements in a thick, dissimilar aluminum alloy friction stir weld”. Acta Materialia 54(15): 4013-4021. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.04.034
• [11] Sałaciński T., Pająk P. 2015. "Ceramic tools for surface finish deburring and polishing operations." Mechanik 10: 762-765. https://www.researchgate.net/ publication/282834174_Ceramic_tools_for_surface_ finish_deburring_and_polishing_operations
• [12] Shen Z., Chen Y., Hou J.S.C., Yang X., Gerlich A.P. 2015. “Influence of processing parameters on microstructure and mechanical performance of refill friction stir spot welded 7075-T6 aluminium alloy”. Sci Technol Weld Join 20:48-57. https://doi.org/10.1 179/1362171814Y.0000000253
• [13] Skrzypek S. 2002. New possibilities of measuring macro stress of materials using X-ray diffraction in the geometry of a constant angle of incidence. Cracow: AGH.
• [14] Yang H.G., Yang H.J. 2013. “Experimental investigation on refill friction stir spot welding process of aluminum alloys”. Appl Mech Mater 345:243-246. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.345.243

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).