Wpływ wybranych parametrów procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem na pole temperatury

Lacki, P.; Kucharczyk, Z.; Śliwa, R. E.; Gałaczyński, T.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ wybranych parametrów procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem na pole temperatury

Autorzy

Lacki P. , Kucharczyk Z. , Śliwa R. E. , Gałaczyński T.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Influence of selected parameters of friction stir welding process on the temperature field

Języki publikacji

Abstrakty

Przedstawiono wyniki analizy procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, wykorzystywanej do łączenia metalowych elementów struktur lotniczych. Skoncentrowano się na pierwszym etapie tej metody zgrzewania - fazie wgłębiania obracającego się narzędzia w materiały łączonych elementów, aż wieniec opory znajdzie się w kontakcie z górną powierzchnią elementu. Symulację numeryczną procesu za pomocą metody elementów skończonych wykonano z wykorzystaniem programu ADINA System v.8.8.0. Dla modelu termicznego wykorzystano współczynniki odpowiadające aluminium Al 6061-T6 jako materiału do budowy metalowych struktur nośnych płatowców. Problem rozpatrywano jako zagadnienie osiowosymetryczne. Wyznaczono rozkłady temperatury dla wybranych kroków czasowych, przyjmując stałą wartość współczynnika tarcia. Wykazano, że przyjmowanie stałej wartości współczynnika tarcia może prowadzić do niepewnych wyników, temperatury przekraczającej temperaturę topnienia zgrzewanego materiału. Analizowano także wpływ wybranych parametrów procesu (prędkość obrotowa narzędzia, wstępne nagrzewanie materiału) na generowanie ciepła tarcia w strefie kontaktu narzędzie - zgrzewany element. Wykazano istotny wpływ przyjmowanego modelu tarcia i wartości parametrów procesu na generowanie ciepła w modelowaniu procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem. Jest to ważne, gdyż w fazie wgłębiania tworzone są wyjściowe warunki termomechaniczne dla dalszych etapów procesu i finalny efekt połączenia materiałów technologią FSW.

The analysis of the Friction Stir Welding process (FSW), which can be used for joining metal parts of aircraft structures have been presented in this work. The presented results are focused on the first phase of this method of welding - phase of plunged the tool into material of the joined elements. In this phase, the rotating tool is plunged in the material until the tool's shoulder comes in contact with the upper surface of the element. Numerical simulation of the process using the finite element method was performed using the ADINA System v.8.8.0. For the thermal model coefficients corresponding to the aluminum alloy 6061-T6 as material for manufacturing of the airframe's metal structures. The problem was considered as an axisymmetric problem. Temperature distributions were determined for selected time steps, assuming constant coefficient of friction. It has been shown that taking a constant value of the coefficient of friction can lead to uncertain results, the temperatures exceeding the melting point of the welded material. Analyzed the influence of process parameters (tool rotation speed, pre-heating of the material) to generate frictional heat in the contact zone tool - welding element. The results show how important implications for modeling of heat generation in friction stir welding process has assumed friction model and parameter values of the process. This is important because in phase of plunging the conditions are created for the further phases of thermo-mechanical process.

Słowa kluczowe

zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem zgrzewanie tarciowe łączenie stopów aluminium symulacja numeryczna procesu ZTP

Friction Stir Welding process friction welding joining of aluminium alloys numerical simulation of FSW

Wydawca

Wydawnictwo SIGMA-NOT

Czasopismo

Rudy i Metale Nieżelazne

Rocznik

2012

Tom

R. 57, nr 8

Strony

524--532

Opis fizyczny

Bibliogr. 20 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Lacki P.

autor

Kucharczyk Z.

autor

Śliwa R. E.

autor

Gałaczyński T.

Politechnika Częstochowska, Częstochowa

Bibliografia

1. http://www.twi.co.uk/content/fswintro.html
2. http://eclipseaerospace.net
3. Michalski R., Kamitiski Z.: Zgrzewanie tarciowe, WNT, Warszawa 1975.
4. Augustyn J.: Potaczenia spawane i zgrzewane. Arkady, Warszawa 1987.
5. Naudan R., DebRoy T., Bhadeshia H. K. D. H.: Recent advances in friction stir welding process, weldment structure and properties. Progress in material science 2008, nr 52, s. 980-1023.
6. http://www.sapagroup.com/pages/797/FSW_folder_Eng.pdf
7. Mishra R. S., Mahoney M. W.: Friction Stir Welding and Processing. ASM International, Materials Park, Ohio, USA 2007.
8. Mishra R. S., Ma Z. Y.: Friction stir welding and processing. Materials Science & Engineering R: Reports 2005, t. 50, nr 1-2, s. 1-78.
9. Smith C, Hinrichs J., Ruehl P.: Friction Stir and Friction Stir Spot Welding — Lean, Mean and Green. Detroit American Welding Society Sheet Metal Conference, May 25, 2004.
10. Mishra R. S.: Preface to the Viewpoint Set on friction stir processing. Scripta Materialia, 2008, nr 58, s. 325-326.
11. Nandan R., Roy G. G., Lienert T. J., DebRoy T.: Numerical modelling of 3D plastic flow and heat transfer during friction stir welding of stainless steel. Science and Technology of Welding and Joining, 2006, t. 11, nr 5, s. 526-537.
12. Nandan R., Roy G. G., Lienert T. J., DebRoy T.: Numerical Simulation of Tree-Dimensional Heat Transfer and Plastic Flow During Friction Stir Welding. Metallurgical and Materials Trans-actions, April 2006, t. 37A, s. 1247-1259.
13. Nandan Ft., Roy G. G., Lienert T. J., DebRoy T: Three-dimensional heat and material flow during friction stir welding of mild steel. Acta Materialia 2006, nr 55, s. 883-895.
14. Colligan K. J., Mishra R. S.: A conceptual model for the process variables related to heat generation in friction stir welding of aluminum. Scripta Materialia, 2008, nr 58, s. 327-331.
15. Schmidt H., Hattel J., Wert J.: An analytical model for the heat generation in friction stir welding. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 2004, nr 12, s. 143-157.
16. Mandal S., Rice J., Elmustafa A. A.; Experimental and numerical investigation of the plunge stage in friction stir welding. Journal of Materials Processing Technology, 2008, nr 203, s. 411-419.
17. Riahi M., Nazari H.: Analysis of transient temperature and residual thermal stresses in friction stir welding of aluminum alloy 6061-T6 via numerical simulation. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2011, nr55, s. 143-152.
18. Chao Y. J., X. Qi, Tang W.: Heat Transfer in Friction Stir Welding—Experimental and Numerical Studies. Transactions of the ASME. Journal of Manufacturing Science and Engineering, February 2003, t. 125, s. 138-145.
19. ADINA-AUI, Version 8.8.0, 1994-2012 ADINA R&D. Inc.
20. http://www.efunda.com/glossary/materials/alloys/materials-alloys~steel-tool_steel-aisi_hl3.cfm

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPK6-0023-0013