Numerical simulation of modified friction Stir Spot Welding

• Autorzy: Buffa G. , Fratini L.

Warianty tytułu

PL

Symulacja numeryczna zmodyfikowanego procesu punktowego zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Spot welding can be considered a very common joining technique in automotive and generally in transportation industries as it permits to obtain effective lap-joints with short process times and what is more it is easily developed through robots and automated systems. Recently the Friction Stir Spot Welding (FSSW) process has been proposed as a natural evolution of the already known Friction Stir Welding (FSW) process, allowing to obtain sound spot joints that do not suffer from the insurgence of typical welding defects due to the fusion of the base material. In the paper, a variation of the Friction Stir Spot Welding (FSSW) process has been considered. In detail, different peculiar tool paths are given to the tool, after the sinking phase, nearby the initial penetration site, with the aim to enhance the final joint mechanical properties. A continuum based FEM model for Friction Stir Spot Welding process is proposed, that is 3D Lagrangian implicit, coupled, rigid-viscoplastic. This model is used to investigate the distribution of temperature, strain and strain rate in the heat affected zone and the weld nugget. In particular, the large values and gradients of temperature and strain rate found in the weld zone during the process can be used to determine the Zener-Holomon parameter which, in turn, strongly affects the Continuous Dynamic Recrystallization (CDRX) process that takes place in the weld nugget. In this way, the average grain size and the extension of the nugget can be predicted with the ultimate goal to get information on the joint mechanical resistance. The developed model appears an effective tool in order to design effective spot joints

PL

Proces spawania punktowego jest często wykorzystywanym sposobem łączenia elementów w przemyśle transportowym a w szczególności w przemyśle samochodowym. Podstawową zaletą tej metody jest możliwość uzyskania połączenia zakładkowego w krótkim czasie z wykorzystaniem zautomatyzowanych systemów robotów przemysłowych. Obecnie bardzo dynamicznie rozwija się proces spawania metodą punktowego zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny (Friction Stir Spot Welding FSSW). Metoda ta jest udoskonaleniem metody Friction Stir Welding (FSW). Uzyskane w ten sposób spawy charakteryzują się lepszymi własnościami niż spawy uzyskane metodą konwencjonalną. Celem niniejszej pracy jest szczegółowa analiza procesu FSSW aby podnieść własności uzyskanego połączenia. Badania skupią się m.in. na badaniu wpływu trajektorii ruchu narzędzia. Opracowany model numeryczny oparty jest o metodę elementów skończonych z jawnym sztywno - lepkoplastycznym modelem. W trakcie pracy analizowano rozkłady temperatury, odkształceń, prędkości odkształcenia w obszarze jądra zgrzeiny oraz otaczającego materiału. Analiza w/w rozkładów dostarczyła istotnych informacji na temat końcowych własności spoiny oraz potwierdziła możliwość wykorzystania symulacji numerycznej do opracowania nowych technologii spawania.

Słowa kluczowe

EN

spot welding; friction stir welding; tool path; FEM

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 9, No. 1
• Strony: 117--122
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Buffa G.

autor

Fratini L.

• Dipartimento di Tecnologia Meccanica, Produzione e Ingegneria Gestionale University of Palermo, Italy,

Bibliografia

• 1.      Chae, S.W., Kwon, K.Y., Lee, T.S., An optimal design system for spot welding locations, Finite Elements in Analysis and Design, 38 (3), 2002, 277-294.
• 2.      Hemmingson, E., Ellqvist, S., Pauwels, J., New robot improves cost-efficiency of spot welding, Fuel and Energy Abstracts, 37 (4), 1996,273.
• 3.      Darwish, S.M., Al-Dekhial, S.D., Statistical models for spot welding of commercial aluminium sheets , Int. J. of Machine Tools and Manufacture, 39 (10), 1999, 1589-1610.
• 4.      Larsson, J.K., Clinch-joining, Proceedings of the International Conference on Body Engineering, Advanced Technologies and Processes, 10, 1994, 140-145.
• 5.      Lennon, R., Pedreschi, R., Sinh, B.P., 1999, Comparative study of some mechanical connections in cold formed steel, Construction and Building Materials, 13, 109-116.
• 6.      Riches, S.T., Westgate, S.A., Nicholas, E.D., Powell, H.J., Proc. of the Materials for Lean Weight Yehicles Conference, 1995, 137-146.
• 7.      Liu, H.J., Fujii, H., Maeda, M., Nogi, K., Tensile properties and fracture locations of friction-stir-welded joints of 2017-T351 aluminum alloy, J. Mat. Proc. Techn., 142, 2003, 692-696.
• 8.      Rhodes, C.G., Mahoney, M.W., Bingel, W.H., Spurling, R.A., Bampton, C.C., Effects of friction stir welding on microstructure of 7075 aluminum, Scripta Materialia,   36(1), 1997, 69-75.
• 9.      Shigematsu, L, Kwon, Y.J., Suzuki, K., Imai, T., Saito, N., Joining of 5083 and 6061 aluminum alloys by friction stir welding, J. of Mat. Sci. Letters, 22, 2003, 353-356.
• 10.      Pan T.Y., Joaąuin A., Wilkosz, D.E., Reatherford, L., Ni-cholson, J.M., Feng, Z., Santella, M.L., Proc. 5th Int. Symp. on Friction Stir Welding, 2004, ISBN 1-903761-04-2.
• 11.      Addison, A.C., Robelou, A.J., Proc. 5th Int. Sym. on Friction Stir Welding, 2004, ISBN 1-903761-04-2.
• 12.      Buffa, G., Fratini, L., Piacentini, M., On the influence of tool path in friction stir spot welding of aluminum alloys, J. Mat. Proc. Techn., 208 (1-3), 2008, 309-317.
• 13.      Jata, K.V., Semiatin, S.L., Continuous dynamie recrystallization during friction stir welding of high strength aluminum alloys, Scripta Materialia, 43, 2000, 743-749.
• 14.      Su, J. Q., Nelson, T.W., Mishra R., Mahoney, M., Microstructural investigation of friction stir welded 7050-T651 aluminum, Acta Materialia, 51, 2003, 713-729.
• 15.      Prado, R.A., Murr, L.E., Soto, K.F., Mc Ciure, J.C., Self-optimization in tool wear for friction-stir welding of Al 6061 + 20% A12O3 MMC, Mat. Sci. Eng. A, A349, 2002, 156-165.
• 16.      Fratini, L., Beccari, S., Buffa, G., Friction stir welding FEM model improvement through inverse thermal characterization, Transaction of NAMRI/SME, 33, 2005, 259-266.