Non-invasive analysis and visualization of objects from FSW AlSi9Mg/2017A aluminum alloy joints

• Autorzy: Wójcicka A. , Mroczka K. , Kowalski M.

Identyfikatory

DOI

10.7494/mafe.2018.44.3.145

Warianty tytułu

PL

Nieinwazyjna analiza i wizualizacja obiektów w złączach AlSi9Mg/2017A wytwarzanych metodą Friction Stir Welding

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Friction stir welding (FSW) technology allows for the welding of materials that differ in their chemical compositions, microstructures, and properties. When selecting the parameters, it is necessary to analyze the structure of a weld and eliminate the defects. The use of X-ray microtomography creates the possibility of precise imaging of a joint structure – especially when it contains defects (voids). The tests were carried out on an FSW joint made with both 2017A and AlSi9Mg aluminum alloys. The macrostructure was cross-sectional, and a defect was found in the middle part of the joint and on the advancing side. We used a conventional method of observation light microscopy. Then, an analysis was performed using X-ray microtomography, which revealed the shape of the defect in 3D. Individual cross-sections were extracted, which enabled us to measure the geometric quantities. A dependence was found for the shape of the defect on the welding parameters and the variability of its construction. The usefulness of this advanced material imaging technology for the analysis of FSW welds has been confirmed.

PL

Technologia FSW umożliwia zgrzewanie materiałów różniących się składem chemicznym, mikrostrukturą i właściwościami. Przy doborze parametrów konieczna jest analiza struktury złącza i eliminacja ewentualnych wad. Zastosowanie mikrotomografii komputerowej umożliwia precyzyjne obrazowanie budowy złącza, szczególnie gdy zawiera wady (pustki). Badania przeprowadzono na złączu FSW stopów aluminium 2017A i AlSi9Mg. Zbadano makrostrukturę na przekroju poprzecznym i stwierdzono obecność wady w środkowej części złącza i po stronie natarcia. Zastosowano konwencjonalną metodę obserwacji – mikroskopię świetlną. Następnie wykonano analizę złącza z zastosowaniem tomografii komputerowej, która ujawniła kształt wady w wymiarze 3D. Wyekstrahowano poszczególne przekroje, które umożliwiły wykonanie pomiarów wielkości geometrycznych. Stwierdzono zależność kształtu wady od parametrów zgrzewania oraz zmienność jej budowy. Potwierdzono przydatność tej zaawansowanej technologii obrazowania budowy materiałów do analizy złącz FSW.

Słowa kluczowe

EN

X-ray microtomography; image analysis; aluminum alloys; FSW

PL

mikrotomografia komputerowa; analiza obrazów; stopy aluminium; FSW

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Metallurgy and Foundry Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 44, no. 3
• Strony: 145--152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wójcicka A.

• Department of Technology and Engineering of Material, Institute of Technology, Pedagogical University of Cracow, Poland

autor

Mroczka K.

• Department of Technology and Engineering of Material, Institute of Technology, Pedagogical University of Cracow, Poland

autor

Kowalski M.

• Department of Technology and Engineering of Material, Institute of Technology, Pedagogical University of Cracow, Poland

Bibliografia

• [1] Kalemba I., Kopyściański M., Hamilton C., Dymek S.: Natural Aging Behavior of Friction Stir Welded Al-Zn-Mg-Cu Aluminum Alloys. Archives of Metallurgy and Materials, 60 (2015), 875–879
• [2] Kopyściański M., Dymek S., Hamilton C., Węglowska A., Pietras A., Szczepanek M.: Microstructure of Friction Stir Welded Dissimilar wrought 2017A and cast AlSi9Mg Aluminum Alloys. Acta Physica Polonica A, 131 (2017), 1390–1393
• [3] Khodir S.A., Morisada Y., Ueji R., Fujii H.: Microstructures and mechanical properties evolution during friction stir welding of SK4 high carbon steel alloy. Materials Science and Engineering A, 558 (2012), 572–578
• [4] Rajakumar S., Balasubramanian V.: Correlation between weld nugget grain size, weld nugget hardness and tensile strength of friction stir welded commercial grade aluminium alloy joints. Materials & Design, 34 (2012), 242–251
• [5] Murshid Imam, Kajal Biswas, Vikranth Racherla: Effect of weld morphology on mechanical response and failure of friction stir welds in a naturally aged aluminium alloy. Materials & Design, 44 (2013), 23–34
• [6] Chen C.M., Kovacevic R.: Joining of Al 6061 alloy to AISI 1018 steel by combined effects of fusion and solid state welding. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44, 11 (2004), 1205–1214
• [7] Chen Yu-hua, Ni Quan, Ke Li-ming: Interface characteristic of friction stir welding lap joints of Ti/Al dissimilar alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22, 2 (2012), 299–304
• [8] Shah L.H., Othman N.H., Gerlich A.: Review of research progress on aluminium-magnesium dissimilar friction stir welding. Science and Technology of Welding & Joining, 23, 6 (2018), 256–270
• [9] Hamilton C., Dymek S., Dryzek E., Kopyściański M., Pietras A., Węglowska A., Wróbel M.: Application of positron lifetime annihilation spectroscopy for characterization of friction stir welded dissimilar aluminum alloys. Materials Characterization, 132 (2017), 431–436
• [10] Hamilton C., Kopyściański M., Węglowska A., Pietras A.: Modeling, microstructure, and mechanical properties of dissimilar 2017A and 5083 aluminum alloys friction stir welds. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 233, 2 (2017), 553–564, doi:10.1177/0954405417740923
• [11] Mishra R.S., Ma Z.Y.: Friction stir welding and processing. Materials Science and Engineering: R: Reports, 50, 1–2, (2005), 1–78
• [12] Mroczka K.: Characteristics of AlSi9Mg/2017A aluminum alloys friction stir welded with offset welding line and root-side heating. Archives of Metallurgy and Materials, 59, 4 (2014), 1293–1299
• [13] Mroczka K., Wójcicka A., Pietras A.: Characteristics of dissimilar FSW welds of aluminum alloys 2017A and 7075 on the basis of multiple layer research. Journal of Materials Engineering and Performance, 22, 9 (2013) 2698–2705
• [14] Prashant Chauhan, Rahul Jain, Surjya K. Pal, Shiv B. Singh: Modeling of defects in friction stir welding using coupled Eulerian and Lagrangian method. Journal of Manufacturing Processes, 34A (2018), 158–166
• [15] Hamade R.F., Baydoun A.M.R.: Nondestructive detection of defects in friction stir welded lap joints using computed tomography. Materials & Design, 162 (2019), 10–23
• [16] http://sf.anu.edu.au/Vizlab/drishti/help.shtml
• [17] Gratecap F., Girard M., Marya S., Racineux G.: Exploring material flow in friction stir welding: tool eccentricity and formation of banded structures. International Journal of Material Forming, 5, 2 (2015), 99–107

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).