Możliwości łączenia cienkich blach ze stopów Al, Mg oraz tytanu GRADE 3 w procesie FSW

• Autorzy: Myśliwiec P. , Śliwa R. E. , Ostrowski R.

Warianty tytułu

EN

Possibility of joining thin sheets of Al, Mg alloys and Ti GRADE 3 in FSW process

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Procesy oparte na łączeniu materiałów w stanie stałym stanowią skuteczne rozwiązanie pod względem aspektów wytrzymałościowych i trwałości wykonanego elementu. W ostatnich latach nastąpiło duże zainteresowanie środowisk naukowo-badawczych i przemysłu rozwijaniem niekonwencjonalnych metod łączenia materiałów konstrukcyjnych w przemyśle transportowym, w tym metodami zgrzewania tarciowego z przemieszaniem FSW (Friction Stir Welding). W pracy przedstawiono charakterystykę procesu FSW na podstawie złączy cienkich blach metalicznych stopów Al Mg i czystego technicznie tytanu GRADE 3 (AMS-T-9046 / AMS 4900) grubości 0,4 i 0,5 mm. Analizując omawiane właściwości połączeń oraz modyfikacje metalurgiczne strefy złączą, poprzez wpływ głównych zmiennych procesowych, co ma wpływ na jakość złączy FSW. Proces zgrzewania zrealizowano na 3 osiowej pionowej frezarce sterowanej numerycznie, wyposażonej w specjalnie przygotowany uchwyt mocujący, z wykorzystaniem narzędzi z węglika wolframu oraz ceramiki narzędziowej. Parametry geometryczne dostosowano do grubości blachy na podstawnie algorytmu wg danych literaturowych [12]. Podczas procesu realizowano pomiar sił osiowych i promieniowych, wykorzystując precyzyjny siłomierz piezoelektryczny, w celu analizy efektu uplastycznienia łączonych blach. Wytrzymałość połączeń FSW wyznaczono na podstawie statycznej próby rozciągania w temperaturze pokojowej. Na tej podstawie zdefiniowano efektywność złącza w porównaniu do materiału rodzimego. Wykazano, że metoda FSW pozwala na wykonywanie wysokiej jakości wolnych od wad zgrzein cienkich blach metalicznych, zarówno z metali nieżelaznych, jak i z czystego technicznie tytanu GRADE 3 (AMS-T-9046 / AMS 4900). Efektywność wykonanych połączeń FSW znacznie przekraczała 80% wytrzymałości na rozciąganie materiału rodzimego. Wykazano, że proces FSW może stanowić alternatywę dla procesu spawania łukowego, nitowania lub zgrzewania oporowego RSW.

EN

Processes based on a joining of materials in the solid state, constitute an effective solution to the aspects of strength and durability of the produced element. In recent years there has been a great interest of research and industry to develop unconventional methods of joining construction materials in the transport industry, including Friction Stir Welding. This paper presents the characteristics of the FSW process based on the joints of thin sheet of Al and Mg alloys and technically pure GRADE 3 titanium (AMS-T-9046 / AMS 4900) of 0.4 and 0.5 mm in thicknesses. Analyzing the joints properties and metallurgical modifications through the influence of the main process variables, which affects the quality of the FSW joints. The welding process was carried out on a 3 axial vertical numerically controlled milling machine, equipped with a specially prepared fixing device, using tungsten carbide tools and ceramics tool. Geometric parameters were adjusted to the thickness of the sheet using the algorithm according to literature [12]. During the process, axial and radial forces were measured using a precision piezoelectric dynamometer to analyze the effect of the plasticization in the joined area. The ultimate tensile strength (UTS) of FSW joints was determined by the static tensile test at room temperature. On this basis, the efficiency of the joint was determined as compared to the parent material (PM). It has been shown that the FSW method allows for the production of high quality defect free joints both from nonferrous metals as well as from pure GRADE 3 titanium (AMS-T-9046 / AMS 4900). Efficiency of FSW connections exceeds 80% of the tensile strength of parent material. It has been shown that the FSW process can be an alternative for arc welding, riveting or RSW welding.

Słowa kluczowe

PL

zgrzewania tarciowego z przemieszaniem; stopy magnezu; stopy aluminium; AZ31B; cienka blacha; tytan GRADE 3

EN

FSW welding; magnesium alloys; aluminum alloys; AZ31B; thin sheet; titanium GRADE 3

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 28, nr 4
• Strony: 263--280
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Myśliwiec P.

• Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Przeróbki Plastycznej, al. Powstańców Warszawy 8, 35-329 Rzeszów, Poland

autor

Śliwa R. E.

• Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Przeróbki Plastycznej, al. Powstańców Warszawy 8, 35-329 Rzeszów, Poland

autor

Ostrowski R.

• Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Przeróbki Plastycznej, al. Powstańców Warszawy 8, 35-329 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• [1] Thomas W.M., E.D. Nicholas, J.C .Needham, M.G. Murch, P. Templesmith, C.J. Dawes. Friction Stir Butt Welding. International Patent Application PCT/ /GB92/02203, GB Patent Application 9125978.8. 6 Dec. 1991 and US Patent 5,460,317.
• [2] Malarvizh S., V. Balasubramanian. 2012. “Influences of tool shoulder diameter to plate thickness ratio (D/T) on stir zone formation and tensile properties of friction stir welded dissimilar joints of AA6061 aluminium-AZ31B magnesium alloys”. Materials and Design 40: 453–460.
• [3] Audi (2013), Audi Space Frame, text and pictures available at: http://www.audi.co.uk/new-cars/a8/a8 /safety/audi-space-frame.html.
• [4] Lacki P., Z. Kucharczyk, R.E. Śliwa, T. Gałaczyński. 2013. “Effect of tool shape on temperature field in friction stir spot welding”. Archives of Metallurgy and Materials 58: 597–601. DOI: 10.2478/amm-2013-0043.
• [5] Baffari D., G. Buffa1, D. Campanella, L. Fratini, F. Micari. 2014. “Friction based solid State welding techniques for transportation industry applications”. International Conference on Manufacture of Light-weight Components – ManuLight2014.
• [6] Myśliwiec P., R.E. Śliwa. 2016. “Linear FSW Techno-logy for Joining Thin Sheets of Aluminium and Magnesium Alloys”. International Scientific Conference PRO-TECHMA 2016, Bezmiechowa 2016.
• [7] Mishra R.S, Z.Y. Ma. 2005. „Friction stir welding and processing”. Materials Science and Engineering R 50: 1–78.
• [8] Balawender T., R.E. Śliwa, T. Gałczyński. 2014. „Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem blach ze stopu aluminium 2024”. Hutnik – Wiadomości Hutnicze 81 (7): 450–455.
• [9] Śliwa R.E., Myśliwiec P. 2016. „Friction Stir Welding of Thin Sheets of Aluminium and Magnesium Alloys”. Advanced Metal Forming Process in Automotive Industry, AutoMetForm 2016, Wrocław 2016.
• [10] Myśliwiec P., R.E. Śliwa. 2016. „Analiza teoretyczna i eksperymentalna zjawiska uplastycznienia w strefie połączenia materiałów w procesie liniowego zgrzewania tarciowego z przemieszaniem (FSW)”. X Jubileuszowe Seminarium Naukowe Zintegrowane Studia Podstaw Deformacji Plastycznej Me-tali, Łańcut 2016.
• [11] Myśliwiec P., Śliwa R.E., Buszta S. 2017. „Możliwości wykorzystania materiałów ceramicznych na narzędzia do realizacji procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem cienkich blach tytanowych”. XIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa – Tytan i jego stopy, Janów Podlaski, 24–27.09.2017.
• [12] Zhang Y.N., X. Cao, S. Larose, P. Wanjara. 2012. “Review of tools for friction stir welding and processing”. Canadian Metallurgical Quarterly 51 (3): 250–261.
• [13] Fratini L., F. Micari, G. Buffa, V.F. Ruisi. 2010. “A new fixture for FSW process of titanium alloys”. Manuf. Technol. 59: 271–274.

Uwagi

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