Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical and metallurgical properties of titanium alloy Friction Stir Welded butt joints

Fratini L., Buffa G.

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 1

167-172

EN

Friction Stir Welding (FSW) is a solid state welding process patented in 1991 by TWI; initially adopted to weld aluminum alloys, is now being successfully used also for magnesium alloys, copper and steels. The wide diffusion the process is having is due to the possibility to weld both materials traditionally considered difficult to be welded or "unweldable" by traditional fusion welding processes due to peculiar thermal and chemical material properties, and complex geometries as sandwich structures and straightening panels. Additionally, the process allows welding a wide range of sheet thickness (up to 50mm) avoiding typical fusion welding processes defects, like cavities and porosities, with no shielding gas, filling material or joint preparation. Recently, research is focusing on titanium alloys thanks to the high interest that such materials are getting from the industry due to the extremely high strength-weight ratio together with good corrosion resistance properties. Welding of titanium alloys by traditional fusion welding techniques presents several difficulties due to high material reactivity resulting in bonding with oxygen, hydrogen, and nitrogen with consequent embrittlement of the joint. In this way FSW can represent a cost effective and high quality solution. In the paper the effect of two different tool geometries on welding temperatures acquired during FSW of the widely commercially diffused Ti-6A1-4V alloy is analyzed. Experimental results are compared with temperatures numerically calculated by means of a FEM Lagrangian model of the process developed by the authors. The study of the temperatures reached at the varying of the tool dimensions leads to a deeper knowledge of the process as well as to the possibility to predict the microstructural evolutions occurring during the weld and dramatically influencing the mechanical properties of the obtained joints.

PL

Zgrzewanie tarciowe z mieszaniem (FSW) jest metodą zgrzewania materiałów w stanie stałym opatentowaną w 1991 roku przez TWI. Początkowo wykorzystywana była do zgrze-wania stopów aluminium, a obecnie z powodzeniem stosowana również do stopów magnesu, miedzi i stali. Niniejsza praca skupia się natomiast na zgrzewaniu stopów tytanu. Stopy te są bardzo obiecującym materiałem charakteryzującym się wysoką wartością współczynnika wytrzymałości w stosunku do masy oraz odpornością na korozję. Zgrzewanie stopów tytanu metodami tradycyjnymi niesie ze sobą kilka trudności spowodowanych łatwością wchodzenia materiału w reakcję z tlenem, wodorem i azotem, powodując tym samym kruchość zgrzewu. Alternatywą jest metoda FSW, która jest tanim i zapewniającym wysoką jakość rozwiązaniem. W artykule przedstawiono analizę wpływu prędkości kątowej narzędzia na osiąganą temperaturę podczas zgrzewania metodą FSW stopu Ti-6A1-4V. Uzyskane wyniki badań eksperymentalnych przeanalizowano pod kątem otrzymywanych własności w obszarze zgrzewu.

2

On the FEM simulation of joining by forming operations

Fratini L., Micari F.

Computer Methods in Materials Science

|

2010

|

Vol. 10, No. 4

249-258

EN

Solid state welding processes are increasing their application in industrial environments due to their strong advantages with respect to traditional fusion techniques. Advanced FEM tools are requested in order to carry out a detailed engineering of the processes and to get quantitative results useful for the set up of the processes. Also basic investigations regarding process mechanics and material flow are important in order to fully understand the fundamental aspects of the processes and the bonding conditions at the interface of the specimens to be welded. In the paper Friction Stir Welding (FSW) and Linear Friction Welding (LFW) operations are considered and numerical results derived from FE models of the two processes are shown. The proposed results give the idea of the potentialities of the numerical tool for the two considered processes and in particular furnish interesting information on the actual bonding conditions at the welding zone.

PL

W artykule przedstawiono możliwości metody elementów skończonych (MES) w zakresie modelowania procesów spajania przez odkształcenie. Szczególny nacisk położono na procesy zgrzewania tarciem z mieszaniem zgrzewanych materiałów (ang. Friction Stir Welding FSW) i liniowego spajania tarciem (ang. Linear Friction Welding LFW). Liczba zastosowań procesów spajania w stanie stałym szybko rośnie, ze względu na liczne zalety tych procesów w przemyśle w stosunku do tradycyjnych metod spajania. Zaawansowane modele MES są potrzebne dla przeprowadzenia dokładnej analizy tych procesów i uzyskania ilościowych wyników, które są użyteczne dla zaprojektowania technologii spajania. Badania mechanicznych aspektów procesów spajania oraz płynięcia materiału w tym procesie są również istotne dla pełnego zrozumienia podstaw tych procesów i warunków łączenia się materiałów. W artykule omówiono procesy FSW i LFW i przedstawiono wyniki symulacji MES dla tych procesów. Zaprezentowane wyniki pokazują możliwości numerycznego modelowania w zakresie wspierania projektowania procesów spajania, ze szczególnym uwzględnieniem warunków łączenia się materiałów w strefie spajania.

3

Numerical simulation of modified friction Stir Spot Welding

Buffa G., Fratini L.

Computer Methods in Materials Science

|

2009

|

Vol. 9, No. 1

117-122

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.

4

FSW of lightweight aluminum structures: lap joint development

Buffa G., Fratini L.

Computer Methods in Materials Science

|

2009

|

Vol. 9, No. 1

123-129

EN

In the last decade, the employ of Aluminum alloys in the automotive and aircraft industries appears to be the best technical solution as well as great challenge for the engineers; such materials present several advantages and a few shortcomings which have to be properly overcome. In particular, through a proper design to market, it is possible to improve at least three main aspects of the products requirements, namely active and passive safety increase, fuel costs reduction and environmental impact reduction. In turn, such materials present lower ductility with respect to steels, anisotropy phenomena and, what is more, they are often difficult to be welded or even non-weldable. For this last reason, in the last years, some alternative joining technologies have been proposed with the aim to take rid of the above reported shortcomings. Among these adhesive bonding, self-piercing mechanical fasteners, clinching and friction stir welding are probably the most interesting. All the cited techniques avoid the melting of the base material. In order to obtain a continuum joint the friction stir welding process (FSW) can be developed. Such process is a solid state welding technique in which a specially designed rotating pin is first inserted into the adjoining edges of the sheets to be welded with a proper nuting angle and then moved all along the joint. Such pin produces frictional and plastic deformation heating in the welding zone, and, as the tool moves, material is forced to flow around it in a quite complex flow pattern. In the paper, a wide experimental and numerical investigation on the lap joining of 2xxx aluminum alloys blanks by FSW is presented. In particular, self-piercing riveting, clinching and friction stir welding were taken into account. The influence of some relevant parameters is investigated with the aim to maximize the joint strength, just starting from the joint configuration. An accurate analysis on the obtained parts was carried out and the reached results gave important information on the investigated joining technique.

PL

Tematem niniejszej pracy są badania laboratoryjne oraz analiza numeryczna procesu spawania zakładkowego metodą Friction Stir Welding (FSW) stopów aluminium serii 2xxx. Analizie poddany został wpływ parametrów geometrycznych oraz technologicznych na wytrzymałość uzyskiwanych spoin. W pracy omówiono uzyskane wyniki oraz wynikające z nich wnioski.

5

Failure modeling of friction stir welded joints in tensile tests

Borino G., Fratini L., Parrinello F., Burgarella A.

Computer Methods in Materials Science

|

2009

|

Vol. 9, No. 1

37-42

EN

The paper concerns with the mechanical modeling and the finite element simulation of the fracture failure in mode I of linear joints of aluminum friction stir weldings. The problem is analyzed employing a bulk finite strain-hardening plasticity model able to characterize the spatial diffuse plastic strains that initially develop in the neighboring extended zones of the welding line. Moreover, the decohesion process is described by a zero thickness interface model which is spatially inserted along the line of the welding. The interface is basically an elastic - cohesive fracture model which is rooted on the concept of Interface Damage Mechanics (IDM) and is able to properly describes a progressive elastic degradation of the internal ligaments of the friction stir welding up to local decohesion and eventually at the welding failure. The damage constitutive model of the zero thickness interface is derived following a thermodynamically consistent formulation in which the surface properties are derived projecting along a fictitious surface elastic and inelastic material properties and deformation mechanisms. Bulk and interface constitutive parameters identification problem is also addressed. To this aim laboratory direct traction experimental tests have been carried out on FSW butt joints and their results have been analyzed either, for local aspects related to the material properties and failure, or for the overall structural behavior of the specimens. Finally the finite element implementation of the bulk and interface models is discussed and the related numerical results are analyzed in details.

PL

Artykuł dotyczy mechanicznego modelowania i symi metodą elementów skończonych powstawania pęknięć w połączeniach spawanych aluminium uzyskanych metodą zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny. Problem zostałprzeanalizowany za pomocą modelu odkształceń skończonych, który określa przestrzenną propagację odkształceń plastycznych zapoczątkowaną w sąsiedztwie wydłużonych stref linii spawu. Ponadto, w symulacji uwzględniono model rozwarstwiania materiału wzdłuż linii spawu.