Support with mechanical vibrations of welding processes - review of own research

• Autorzy: Krajewski Arkadiusz , Kołodziejczak Paweł , Cegielski Paweł , Grześ Jarosław

Identyfikatory

DOI

10.26628/wtr.v93i3.1143

Warianty tytułu

PL

Wspomaganie drganiami mechanicznymi procesów spawalniczych - przegląd badań własnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses the most important original achievements in the use of high-power mechanical vibrations with low and ultrasonic frequency in various welding processes such as (131) MIG, (135) MAG, (141) TIG, (21) RW, (522) LW, (45) diffusion welding and (924) brazing in relation to various basic materials such as structural steel and aluminum alloys. Mechanical vibrations were introduced by means of ultrasonic vibrating systems and using the shot-blasting process, as well as acoustic influence. As part of the comparative research, the structure and hardness analysis of HV0.1 was presented. The obtained results indicate that both low-frequency and ultrasonic frequency vibrations significantly change the properties of the resulting structures affected by mechanical vibrations. The scale of these changes varies depending on the frequency and parameters specific to each of the welding processes used. The obtained results allow us to conclude that the skilful application of mechanical vibrations accompanying welding processes can contribute to the reduction of grain sizes, to change the depth or width of penetration and to lowering hardness in the sensitive heat affected zone area.

PL

W artykule omówiono najważniejsze oryginalne osiągnięcia w zakresie stosowania drgań mechanicznych wysokiej mocy o niskiej i ultradźwiękowej częstotliwości w różnych procesach spajania takich jak (131) MIG, (135) MAG, (141) TIG, (21) RW, (522) LW, (45) zgrzewanie dyfuzyjne i (924) lutowanie w odniesieniu do różnych materiałów podstawowych takich jak stal konstrukcyjna oraz stopy aluminium. Drgania mechaniczne wprowadzano za pomocą ultradźwiękowych układów drgających oraz stosując proces śrutowania, a także akustyczne oddziaływanie. W ramach badań porównawczych przedstawiono analizę struktury i twardości HV0.l. Uzyskane wyniki wskazują, że zarówno drgania o niskiej częstotliwości, jak i o częstotliwości znacznie zmieniają własności powstających struktur, na które oddziałują drgania mechaniczne. Skala tych zmian bywa różna w zależności od częstotliwości oraz parametrów specyficznych dla każdego ze stosowanych procesów spawalniczych. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, że umiejętne zastosowanie drgań mechanicznych towarzyszących procesom spawalniczym mogą przyczynić się do zmniejszenia rozmiarów ziaren, do zmiany głębokości czy szerokości wtopienia oraz do obniżenia twardości w newralgicznym obszarze SWC.

Słowa kluczowe

EN

welding; mechanical vibration; ultrasonic vibration; acoustic vibration; shot-blasting; MIG; MAG; TIG; LW; RW

PL

spawanie; wibracje mechaniczne; wibracje ultradźwiękowe; wibracje akustyczne; śrutowanie; MIG; MAG; TIG; LW; RW

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Welding Technology Review
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 93, nr 3
• Strony: 57--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Krajewski Arkadiusz

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechanical and Industrial Engineering, Warsaw, Poland

autor

Kołodziejczak Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechanical and Industrial Engineering, Warsaw, Poland

autor

Cegielski Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechanical and Industrial Engineering, Warsaw, Poland

autor

Grześ Jarosław

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechanical and Industrial Engineering, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Momot A., Intensyfikacja procesu zgrzewania dyfuzyjnego za pomocą drgań ultradźwiękowych, praca dyplomowa magisterska, promotor: dr inż. Pikor N., konsultacje: Krajewski A., Zakład Inżynierii Spajania, Politechnika Warszawska, Warszawa, 1992
• [2] Olesińska W., Krajewski A., Brazing of alumina to steel using ultrasonic intensification, Proceedings of the EUROMAT’97 5th European Conference on Advanced Materials and Processes and Applications, vol. 2, 661-664, Maastricht, 1997
• [3] Krajewski A., Cegielski P., Hudycz M., Kolasa A., Skrzyniecki K., Nakładanie powłok i spajanie z wykorzystaniem pulsacyjnego mikrozgrzewania oporowego, Przegląd Spawalnictwa, 2009, Vol. 80(11), 73-77.
• [4] Krajewski A., Wpływ drgań mechanicznych wykorzystywanych w procesach spajania na właściwości połączeń, Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, Rozprawa habilitacyjna, zeszyt 258, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 202 s., ISBN 978-83-7814-118-1
• [5] Olesińska W., Krajewski A., grant KBN 7S20100605, 1997
• [6] Weite W., Influence of vibration frequency on solidification of weldments, Scripta mater. 42, pp. 661-665, 2000
• [7] Devine J., Ultrasonic Welding Plays Key Role in Photovoltaic Cell Assembly, Welding Journal, 2007, Vol. 86, 52, 2007.
• [8] Evans A. G., Bartlett A., Davis J. B., Flinn B. D., Turner M., Reimanis I. E., The fracture resistance of metal/ceramic/intermetallic interfaces, Scripta Metallurgica et Materialia, 1991, Vol. 25(5), 1003-1010, https://doi.org/10.1016/0956-716X(91)90492-J
• [9] Watanabe T., Shiroki M., Yanagisawa A., Sasaki T., Improvement of mechanical properties of ferritic stainless steel weld metal by ultrasonic vibration, Journal of Materials Processing Technology, Niigata, Japan 27 May 2010, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.05.015
• [10] Krajewski A., Wspomaganie procesów spawalniczych drganiami mechanicznymi, Zeszyt Naukowy nr 229, s. 33-51 (seria Mechanika), ISSN 0137-2335, pt. Innowacje w technikach spajania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2009
• [11] Cegielski P., Hudycz M., Kolasa A., Krajewski A., Skrzyniecki K., Zastosowanie wirtualnych przyrządów pomiarowych do badania urządzeń i procesów spawalniczych, Zeszyt Naukowy nr 229 s. 115-124 (seria Mechanika), ISSN 0137-2335, pt. Innowacje w technikach spajania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2009
• [12] Krajewski A., Badanie wpływu pola ultradźwiękowego na budowę i własności struktur spawalniczych, Zeszyt Naukowy nr 230 s. 71-82 (seria Mechanika), ISSN 0137-2335, pt. Spajanie materiałów we współczesnej technice, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2010
• [13] Krajewski A., Drgania mechaniczne w procesach spawalniczych, Przegląd Spawalnictwa, 2011, Vol. 82(6), 37-42. https://doi.org/10.26628/wtr.v83i6.582
• [14] Krajewski A., Wpływ fazy drgań ultradźwiękowych na strukturę i twardość napoin stopu aluminium 2017A, Przegląd Spawalnictwa, 2013, Vol. 85(1), 61-66. https://doi.org/10.26628/ps.v85i1.288
• [15] Krajewski A., Włosiński W., Chmielewski T., Kołodziejczak P., Ultrasonic-vibration assisted arc-welding of aluminum alloys, Bulletin of the Polish Academy of Science, 2012, vol.60(4), 841-852. https://doi.org/10.2478/v10175-012-0098-2
• [16] Krajewski, A.; Kołodziejczak, P.; Wang, X., Impact of mechanical vibrations introduced by up blasting on the structure and hardness of welds on P235GH steel during MAG welding process. Weld. Technol. Rev., 2020, Vol. 91(12), 25-32. https://doi.org/10.26628/wtr.v91i12.1079
• [17] Wuenschell, J. K., Helvajian, H., Enhanced laser crystallization of thin film amorphous molybdenum disulfide (MoS2) by means of pulsed laser ultrasound, Optics Express, 2019, Vol. 27(4). https://doi.org/10.1364/OE.27.005859
• [18] Chen C., Fan C., Cai X., Lin S., Yang C., Analysis of droplet transfer, weld formation and microstructure in Al-Cu alloy bead welding joint with pulsed ultrasonic-GMAW method, Journal of Materials Processing Tech. 2019, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.03.030
• [19] Krajewski A., Klekot G., Cybulak M., Kołodziejczak P., A novel method of supporting the laser welding process with mechanical acoustic vibrations, Materials, 2020, Vol. 13(18,) 1-18. https://doi.org/10.3390/ma13184179
• [20] Tarasov, S. Y.; Vorontsov, A. V.; Fortuna, S. V.; Rubtsov, V. E.; Krasnoveikin, V. A.; Kolubaev, E. A., Ultrasonic-assisted laser welding on AISI 321 stainless steel. Weld. World, 2019, 63, 875-886, https://doi.org/10.1007/s40194-019-00716-1
• [21] Singh, P. K.; Kumar, S. D.; Patel D.; Prasad, S. B., Optimization of vibratory welding process parameters using response surface methodology. J. Mech. Sci. Technol. 2017, 31, 2487-2495, https://doi.org/10.1007/s12206-017-0446-0
• [22] Klein, T.; Vicanek, M.; Simon, G., Forced oscillations of the keyhole in penetration laser beam welding. J. Phys. D Appl. Phys. 1996, Vol. 29, 322-332, https://doi.org/10.1088/0022-3727/29/2/008
• [23] Semak, V.V.; A Hopkins, J.; McCay, M.H.; McCay, T.D., Melt pool dynamics during laser welding. J. Phys. D Appl. Phys. 1995, Vol. 28, 2443-2450, https://doi.org/10.1088/0022-3727/28/12/008
• [24] Courtois, M.; Carin, M.; Le Masson, P.; Gaied, S.; Balabane, M., A complete model of keyhole and melt pool dynamics to analyze instabilities and collapse during laser welding. J. Laser Appl. 2014, Vol. 26, 042001, https://doi.org/10.2351/1.4886835

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).