Experimental study of the temperature distribution and microstructure of plunge stage in friction stir welding process by the tool with triangle pin

• Autorzy: Bisadi H. , Rasaee S. , Farahmand M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/meceng-2014-0028

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne rozkładu temperatury i mikrostruktury materiału w etapie zagłębiania procesu spawania tarciowego z przemieszaniem z wykorzystaniem narzędzia o trójkątnym trzpieniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Considering the developing role of the friction stir welding in manufacturing industry, a complete study on the process is necessary. Studies on each stage of the process in particular, provide a better understanding of friction stir welding, and specially friction stir spot welding. In this study, plunge stage has been studied by experimental methods for investigating the temperature distribution around the tool during the plunge stage and microstructure changes of the workpiece. Experiments were performed on aluminium 7050 plates with coincident measurement of temperature. In the study, the tool which has a triangle pin is used. The results of this study are used as initial conditions for theoretical analysis of welding process. The results show that the temperature distribution around the tool is quite asymmetric. The asymmetric distribution of temperature is due to nonuniform load distribution underneath the tool and tilt angle of it. The temperatures of the points behind the tool are higher compared with points located forward the tool. Microstructural studies showed that four regions with different microstructures are formed around the tool during the process. These areas were separated based on differences in grain size and elongations. Grains near the tool are elongated in a particular direction that show the material flow direction.

PL

Z uwagi na rozwojową rolę spawania tarciowego z przemieszaniem w przemyśle wytwórczym niezbędne jest całościowe badanie tego procesu. W szczególności, badania poszczególnych etapów procesu umożliwiają lepsze zrozumienie właściwości spawania tarciowego, zwłaszcza punktowego spawania tarciowego z przemieszaniem. W pracy badano metodami eksperymentalnymi etap zagłębiania w celu wyznaczenia rozkładu temperatury wokół narzędzia i zmian w mikrostrukturze elementu spawanego. Eksperymenty przeprowadzono na płytach z aluminium 7050, wykonując jednoczesne pomiary temperatury. W badaniach użyto narzędzia o trójkątnym trzpieniu. Wyniki badań są wykorzystane jako warunki początkowe dla teoretycznej analizy procesu spawania. Wyniki pokazują, że rozkład temperatury wokół narzędzia jest wyraźnie asymetryczny. Asymetria ta jest wynikiem nierównomiernego rozkładu nacisku pod narzędziem oraz pochylenia narzędzia pod określonym kątem. Temperatury w punktach poza narzędziem były wyższe niż te w punktach przed nim. Badania mikrostruktury ujawniły istnienie czterech obszarów, o różnych mikrostrukturach, które formują się wokół narzędzia w trakcie procesu. Obszary te wyróżniają się rozmiarami i kształtem ziaren. Ziarna w pobliżu narzędzia są wydłużone w określonym kierunku, który wskazuje kierunek płynięcia materiału.

Słowa kluczowe

EN

friction stir welding; plunge stage; triangle pin; temperature distribution

PL

spawanie tarciowe; etap zagłębiania; trójkątny trzpień; rozkład temperatury

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. LXI, nr 3
• Strony: 483--493
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bisadi H.

• Assistant Professor, Faculty of mechanical engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

autor

Rasaee S.

• PhD student, Faculty of mechanical engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

autor

Farahmand M.

• MSC student, Faculty of mechanical engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

Bibliografia

• [1] Thomas W.M., Nicholas E.D., Needham J.C., Murch M.G., Temple-Smith P., Dawes C.J.: Friction stir butt welding, GB Patent No. 9125978.8, International Patent No. PCT/GB92/02203, 1991.
• [2] Lienert T. J.: Friction stir welding of DH-36 steel, Proc. Joining of advanced and specialty materials VI, Materials Park, OH: ASM International, 2004, pp. 28-34.
• [3] Schmidt H., Hattel J. H.: Modelling thermomechanical conditions at the tool/matrix interface in Friction Stir Welding, Proc.The Fifth International Friction Stir Welding Symposium, Metz, France, 2004, pp. 14-16.
• [4] Schmidt H., Hattel J. H., Wert J.: An analytical model for heat generation in friction stir welding. Model. Simul. Mater. Sci. Eng., 2004, Vol. 12, pp. 143-157.
• [5] Schmidt H., Hattel J. H., Wert J.: A local model for the thermomechanical conditions in friction stir welding. Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 2005, Vol. 13, pp. 77-93.
• [6] Goetz R. L., Jata K. V.: Modeling friction stir welding of titanium and aluminium alloys, Proc. Friction Stir Welding and Processing, TMS, 2001, pp. 35-42.
• [7] Gerlich A., Su P., Bendzsak G. J., North T. H.: Tool penetration during friction stir spot welding of Al and Mg alloys. J. Mater. Sci. 2005, Vol. 40, pp. 6473-6481.
• [8] Kakarla S. T., Muci-Kuchler K. H., Arbegast W. J., Allen C. D.: Three dimensional finite element model of the friction stir spot welding process, Proc. Friction Stir Welding and Processing III TMS, 2005.
• [9] Guerdoux S., Miles M., Fourment L., Sorensen C.: Numerical simulation of the friction stir welding process using both Lagrangian and arbitrary Lagrangian Eulerian formulations, Proc. The Eighth International Conference on Numerical Methods in Industrial Forming Process (NUMIFOM), 2004.
• [10] Guerdoux S., Fourment L., Nelson T., Miles M., Sorensen C.: Numerical simulation of the friction stir welding process using Lagrangian, Eulerian and ALE approaches, Proc. AIP Conference Proceedings, 2004, pp. 1259.
• [11] Santella M.: Plunge testing to evaluate tool materials for friction stir welding of 6061 + 20wt% Al2O3 composite, Proc. The Fourth International Friction Stir Symposium, Park City, UT, 2003.