Increase in the fatigue strength of aluminium alloy welded joints through the friction processing of the joint surface

• Autorzy: Węglowski Marek St. , Krasnowski Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2020.1/

Warianty tytułu

PL

Zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej złączy spawanych ze stopu aluminium poprzez obróbkę tarciową powierzchni złącza

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Increasingly high requirements concerning welded structures made of aluminium alloys trigger the issue of fatigue strength. Previous tests have indicated that the fatigue strength of FSW joints is higher than that of, e.g. MIG-welded joints. However, it should be noted that the use of the FSW technology may sometimes be limited or impossible. One of the methods enabling an increase in the fatigue strength of arc welded joints includes the treatment of the joint surface. The study presents results of the friction stir processing (FSP) of MIG-welded joints made of aluminium alloy EN AW-6082 and the effect of the aforesaid technique on the fatigue strength of the joints. The tests revealed that the use of the FSP method makes it possible to increase the fatigue strength of butt welded joints by approximately 50%.

PL

Rosnące wymagania wobec konstrukcji spawanych wykonanych ze stopów aluminium sprawiają, że ważnym staje się problem wytrzymałości zmęczeniowej. Dotychczasowe doświadczenia wskazują, że wytrzymałość złączy zgrzewanych FSW jest większa niż złączy spawanych np. metodą MIG. Jednak należy pamiętać, że nie zawsze technologia FSW może być zastosowana. Jedną z możliwości zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowych złączy spawanych łukowo jest obróbka powierzchniowa złączy. W pracy przedstawiono wyniki modyfikacji tarciowej złączy doczołowych spawanych metodą MIG ze stopu aluminium EN AW-6082 i jej wpływu na wytrzymałość zmęczeniową złączy. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie modyfikacji FSP pozwala na zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej złączy spawanych doczołowo o około 50%.

Słowa kluczowe

EN

fatigue strength; FSP modification; aluminium alloys; MIG welding

PL

wytrzymałość zmęczeniowa; modyfikacja FSP; stopy aluminium; spawanie MIG

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 64, No. 1
• Strony: 7--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Węglowski Marek St.

• Sieć Badawcza ŁUKASIEWICZ – Instytut Spawalnictwa /ŁUKASIEWICZ Research Network – Instytut Spawalnictwa/

autor

Krasnowski Krzysztof

• Sieć Badawcza ŁUKASIEWICZ – Instytut Spawalnictwa /ŁUKASIEWICZ Research Network – Instytut Spawalnictwa/

Bibliografia

• [1] Bogucki R., Pietras A.: Opracowanie warunków zgrzewania tarciowego nowoczesną metodą FSW blach z wysokowytrzymałych stopów aluminium serii 6000 do systemów bezpieczeństwa. Sprawozdanie z projektu rozwojowego. 2006–2007.
• [2] Zhou C., Yang X., Luan G.: Investigation of microstructures and fatigue properties of friction stir welded Al–Mg alloy. Materials Chemistry and Physics, 2006, vol. 98, no. 2–3, pp. 285–290. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2005.09.019 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0254058405006413?via%3Dihub
• [3] Kobayashi Y., Sakuma M., Tanaka Y., Matsuoka K.: Fatigue strength of friction stir welding joints of aluminium alloy 6082 extruded shape. Welding International, 2007, vol. 21, no. 1, pp. 18–24. https://doi. org/10.1533/wint.2007.3679 https://www.tandfonline.com/doi/ abs/10.1533/wint.2007.3679
• [4] Ericsson M., Sandström R.: Influence of welding speed on the fatigue of friction stir welds, and comparison with MIG and TIG. International Journal of Fatigue, 2003, vol. 25, no. 12, pp. 1379–1387. https://doi. org/10.1016/s0142-1123(03)00059-8 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142112303000598?via%3Dihub
• [5] Moreira P. M. G. P., de Figueiredo M. A. V., de Castro P. M. S. T.: Fatigue behaviour of FSW and MIG weldments for two aluminium alloys. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2007, vol. 48, no. 2, pp. 169–177. https://doi.org/10.1016/j. tafmec.2007.06.001 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167844207000419?via%3Dihub
• [6] Hobbacher A.: Recommendations for fatigue design of welded joints and components revision of XIII-1539-96 / XV-845-96. IIW dokument XIII-2151-07 / XV-1254-07. 2016. https://link.springer.com/ chapter/10.1007%2F978-3-319-23757-2_2
• [7] Ranes M., Kluken A. O., Midling O. T.: Fatigue properties of as welded AA6005 and AA6082 aluminium alloys in T1 and T5 temper condition. Trends in Welding Research: Proceedings, 4th International Conference, Gatlinburg, 1995, pp. 639–644.
• [8] Krasnowski K., Dymek S.: A Comparative Analysis of the Impact of Tool Design to Fatigue Behavior of Single-Sided and Double-Sided Welded Butt Joints of EN AW 6082-T6 Alloy. Journal of Materials Engineering and Performance, 2013, vol. 22, no. 12, pp. 3818–3824. https://link.springer.com/ article/10.1007%2Fs11665-013-0711-z
• [9] Krasnowski K., Sedek P., Lomozik M. et al.: Impact of Selected FSW Process Parameters on Mechanical Properties of 6082- T6 Aluminium Alloy Butt Joints. Archives of Metallurgy and Materials, 2011, vol. 56, no. 4, pp. 965–973. https://doi.org/10.2478/ v10172-011-0106-9 http://journals.pan.pl/dlibra/publication/99648/edition/85948/content
• [10] Ferenc K., Ferenc J.: Konstrukcje spawane. Projektowanie połączeń. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2000.
• [11] ASM Handbook. T. 19. Fatigue and fracture. Fatigue Strength of Aluminium Alloy Welds, 1997, pp. 823–827.
• [12] Statnikov E. S., Muktepavel V. O., Blomqvist A.: Comparison of Ultrasonic Impact Treatment (UIT) and Other Fatigue Life Improvement Methods. Welding in the World, 2002, vol. 46, no. 3–4, pp. 20–32. https://doi.org/10.1007/BF03266368. http://journals.pan.pl/dlibra/ publication/99648/edition/85948/content
• [13] Haagensen P. J., Statnikov E. S., Lopez-Martinez L.: Introductory fatigue tests on welded joints in high strength steel and aluminium improved by various methods including ultrasonic impact treatment (UIT). IIW Doc. XIII-1748-98.
• [14] Kudryavtsev Y., Kleiman J., Lobanov L., Knysh V., Prokopenko G.: Fatigue Life Improvement of Welded Elements by Ultrasonic Peening IIW Document XIII-2010-04.
• [15] Krasnowski K.: Możliwości zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej złączy spawanych stali S700MC za pomocą obróbki udarowej z dużą częstotliwością technika HiFIT. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2018, vol. 62, no. 6, pp. 31–36. 10.17729/ebis.2018.6/1. http://bulletin.is.gliwice.pl/article/ebis.2018.6/1
• [16] Napadłek W., Sarzyński A.: Umacnianie warstwy wierzchniej stopu tytanu WT3- 1 falą uderzeniową generowaną impulsem laserowym – zjawiska fizyczne i wybrane własności. Prace Instytutu Elektrotechniki, 2006, vol. 228.
• [17] https://cwst.com/laser-peening/overview/
• [18] Maddox S. J.: Review of fatigue assessment procedures for welded aluminium structures. International Journal of Fatigue, 2003, vol. 25, pp. 1359–1378. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S014211230300063X?via%3Dihub
• [19] Norma PN-EN 1999-1-3:2011. Eurokod 9 Projektowanie konstrukcji aluminiowych. Część 1–3: Konstrukcje narażone na zmęczenie.
• [20] Fuller M. D., Swaminathan S. et al.: Microstructural transformations and mechanical properties of cast NiAl bronze: Effects of fusion welding and friction stir processing. Materials Science and Engineering A, 2007, vol. 463, no. 1–2, pp. 128–137. https://doi.org/10.1016/j. msea.2006.07.157 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509306025834?via%3Dihub
• [21] Fuller C., Mahoney M., Bingel W.: Friction Stir Processing of Aluminum Fusion Welds. Proceedings of 14th Advanced Aerospace Materials and Processes Conference and Exposition, Dayton, OH, June 09–12, 2003. https://apps.dtic.mil/docs/citations/ ADA518810
• [22] Fuller Ch. B. and Mahoney M. W.: The effect of friction stir processing on 5083- H321/5356 Al arc welds: Microstructural and mechanical analysis. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 2006, vol. 37, no. 12, pp. 3605–3615. https://doi. org/10.1007/s11661-006-1055-1 https://link.springer.com/article/10.1007%2 Fs11661-006-1055-1
• [23] Fuller C., Mahoney M., Bingel W.: Friction stir processing of aluminium fusion welds. Proceeding of Friction Stir Welding and Processing, 4th International Symposium, Park City, UT, USA, 14–16 May 2003, pp. 1–9. https://apps.dtic.mil/docs/citations/ ADA518810
• [24] Colin J.S.: Effects of friction stir processing on the microstructure and mechanical properties of fusion welded 304l stainless steel. Brigham Young University. Master’s degree work, 2004. https://apps.dtic.mil/docs/citations/ADA515247
• [25] Borchers E., Sied A. et al..: Effect of filler metal and post-weld friction stir processing on stress corrosion cracking susceptibility of Al–Zn–Mg arc welds. Science Technology Welding and Joining, 2015, vol. 20, no. 6, pp. 460–467. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.117 9/1362171814Y.0000000273
• [26] Aliakbari S., Ketabchi M. and Mirsalehi S.E.: Through-thickness friction stir processing; a low-cost technique for Fusion welds repair and modification in AA6061 alloy. Journal of Manufacturing Processes, 2018, vol. 35, pp. 226–232. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612518301993?via%3Dihub
• [27] Olabode M., Kah P. and Martikainen J.: Aluminium alloys welding processes: Challenges, joint types and process selection. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2013, vol. 227, no. 8, pp. 1129–1137. https://journals.sagepub.com/ doi/10.1177/0954405413484015
• [28] PN-EN ISO 18273:2016-02 Materiały dodatkowe do spawania – Druty elektrodowe, druty i pręty do spawania aluminium i stopów aluminium – Klasyfikacja.
• [29] PN-EN ISO 6892-1:2016-09 Metale – Próba rozciągania – Część 1: Metoda badania w temperaturze pokojowej.
• [30] PN-EN 485-2+A1:2018-12 Aluminium i stopy aluminium – Blachy, taśmy i płyty – Część 2: Własności mechaniczne.
• [31] PN-EN ISO 10042:2018-09 Spawanie – Złącza spawane łukowo w aluminium i jego stopach – Poziomy jakości dla niezgodności spawalniczych.
• [32] PN-EN ISO 9015-1:2011 Badania niszczące złączy spawanych metali – Badanie twardości – Część 1: Badanie twardości złączy spawanych łukowo.
• [33] PN-EN ISO 5173:2010/A1:2012 Badania niszczące spoin w materiałach metalowych – Badanie na zginanie. http://pspaw.pl/index.php/pspaw/article/view/632
• [34] PN-EN ISO 4136:2013-05 Badania niszczące złączy spawanych metali – Próba rozciągania próbek poprzecznych.
• [35] ASTM E466-15 Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials. https://www.astm.org/Standards/E466.htm

Uwagi

1. Wersja polska artykułu w wydaniu papierowym s. 23-29.

2. Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).