Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Łączenie doczołowe cienkich blach ze stopów tytanu metodą zgrzewania tarciowego z przemieszaniem (FSW)

Luty G., Gałaczyński T., Śliwa R. E., Myśliwiec P.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2018

|

T. 29, nr 3

277--298

PL

Publikacja dotyczy analizy charakterystyki dynamicznej procesu FSW opartego na efekcie uplastycznienia łączonych elementów ze stopów tytanu i efektu ich wymie-szania w strefie zgrzewania ze szczególnym uwzględnieniem specyfiki łączenia cienkich blach. Wykazano efekt wpływu parametrów procesu takich, jak m.in.: obroty i posuw narzędzia (prędkość zgrzewania), geometria i materiał narzędzia, temperatura. Uplastycznienie w strefie połączenia wymaga odpowiedniego poziomu naprężeń ścinających dla uruchomienia mechanizmu plastycznego płynięcia. Wielkością, która reprezentuje odpowiedź materiału na obciążenia zewnętrzne powodujące jego uplastycznienie, jest wartość sił osiowej i promieniowej występujących podczas zgrzewania. Temperatura procesu FSW blach tytanowych oscyluje w granicach 1000°C. Istnieje potrzeba stosowania zaawansowanych materiałów narzędziowych (np. specjalnej ceramiki narzędziowej) i stosowanie specjalnych układów chłodzących, zarówno narzędzie, jak i przyrząd mocujący. W pracy przedstawiono wyniki zgrzewania cienkich blach ze stopu tytanu GRADE 3 o grubości 0,5 mm w połączeniach doczołowych, za pomocą narzędzi wykonanych z węglika spiekanego oraz ze specjalnej ceramiki narzędziowej, o wymiarach dostosowanych do grubości blachy. Podczas zgrzewania rejestrowano wartości siły osiowej i promieniowej. Jakość złącza oceniano na podstawie badań właściwości mechanicznych złącza oraz analizy mikrostruktury. Wykazano, że odpowiednio dobrane parametry technologiczne i geometryczne procesu FSW wraz z odpowiednimi narzędziami, skutkują otrzymaniem połączeń wysokiej jakości i dużej powtarzalności. Najlepsze rezultaty otrzymano przy zastosowaniu narzędzia ceramicznego, prędkości obrotowej narzędzi 4000 obr/min i prędkości posuwu 100 mm/min. Warunki te zapewniają otrzymanie zgrzeiny o efektywności złącza na poziomie 84% wytrzymałości materiału rodzimego.

EN

The publication concerns the analysis of dynamic characteristics of the FSW process based on the effect of plasticization of joined elements from titanium alloys and the effect of their mixing in the welding zone, with particular emphasis on the specificity of joining thin sheets. The effect of the parameters such as tool rotational and travel speed (welding speed), geometry and material of the tool, temperature, was shown. Plasticization in the welding zone requires an appropriate level of shear stress to activate the flow plasticity mechanism. The value that represents the material's response to external loads causing its plasticization is the value of axial and radial forces during welding. The temperature of the FSW process for titanium sheets oscillates around 1000°C. There is a need to use advanced tool materials (e.g. special tool ceramics) and the use of special cooling systems for tool and the fixtures. The paper presents the results of welding thin GRADE 3 titanium sheets with a thickness of 0.5 mm in butt joints, using tools made of sintered carbide and a special tool ceramic, with dimensions adapted to the thickness of the sheet. During the welding, the values of axial and radial force were recorded. The quality of the joint was evaluated based on the mechanical properties of the joint and microstructure analysis. It was shown that the appropriately selected technological and geometric parameters of the FSW process together with the appropriate tools resulted in obtaining high quality connections and high repeatability. The best results were obtained using a ceramic tool, a rotational speed of tool at 4000 rpm and a travel speed of 100 mm/min. These conditions ensure that the weld has joint efficiency on 84% level com-pared to parent material.

2

Effect of Process Parameters on Microstructure and Mechanical Properties of RFSSW Lap Joints of Thin Al7075-T6 Sheets

Andres J., Wrońska A., Gałaczyński T., Luty G., Burek R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 1

39--43

EN

Refill friction stir spot welding (RFSSW) is a new technique of metal structures joining. Within the framework of activities of PZL Mielec in R&D area (program Innolot) researches are realized which aim is to develop the RFSSW technology as a method of joining thin aluminum elements used in aircrafts constructions. The paper presents results of investigations on the RFSSW lap joints welded using rotations in the range from 1500 to 2000 rpm and tool sleeve plunge depth from 1.6 to 1.8 mm. Thin aluminum sheets of thickness 0.8 and 1.6 mm coated with alclad or anodized were welded. Results of the investigations prove that the most common cause of specimens breaking was presence of geometrical defect – the so called hook and weak bonding between parent material and working area of internal sleeve of RFSSW tool. The best tensile strength was reached in case of joint welded at rotational speed 2000 rpm and tool plunge depth 1.6 mm and 1.7 mm (5.37 kN and 5.87 kN adequately). These joints were characterized by very fine and uniform microstructure in the area between sleeve stirred zone and parent material.

3

Selection of basic position in Refill Friction Stir Spot Welding of 2024-T3 and D16UTW aluminum alloy sheets

Lacki P., Derlatka A., Gałaczyński T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 1

443--449

EN

One of the important parameters of Refill Friction Stir Spot Welding is the so-called basic position of the tool. This is the arrangement of the pin and sleeve which occurs when the tool is plunged into the material. The basic positions can be divided into two categories. In the first category, the sleeve and the pin are above the sheet surface or below sheet surface and in the second category the pin is retracted within the sleeve or protrudes from it. The aim of the work was to test four settings of the basic position, and then determine the best setting of the basic position, without changing the other welding parameters. Joints made of an aluminum alloy 2024-T3 sheet having a thickness of 1.0 mm and an aluminum alloy D16UTW sheet having a thickness of 0.6 mm were analysed. The best setting of the basic position was determined based on assessment of the force carried in shear test, macrostructure and weld face of the joints.

4

Effect of tool shape on temperature field in friction stir spot welding

Lacki P., Kucharczyk Z., Śliwa R. E., Gałaczyński T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

595--599

EN

Friction stir welding (FSW) is one of the youngest methods of metal welding. Metals and its alloys are joined in a solid state at temperature lower than melting points of the joined materials. The method is constantly developed and friction stir spot welding (FSSW) is one of its varieties. In the friction stir spot welding process a specially designed tool is brought into rotation and plunged, straight down, in the joined materials. Heat is generated as a result of friction between the tool and materials, and plastic deformation of the joined materials. Softening (plastic zone) of the joined materials occurs. Simultaneously the materials are stirred. After removal of the tool, cooling down the stirred materials create a solid state joint. Numerical simulation of the process was carried out with the ADINA System based on the finite element method (FEM). The problem was considered as an axisymmetric one. A thermal and plastic material model was assumed for Al 6061-T6. Frictional heat was generated on the contact surfaces between the tool and the joined elements. The model of Coulomb friction, in which the friction coefficient depends on the temperature, was used. An influence of the tool geometry on heat generation in the welded materials was analysed. The calculations were carried out for different radiuses of the tool stem and for different angles of the abutment. Temperature distributions in the welded materials as a function of the process duration assuming a constant value of rotational tool speed and the speed of tool plunge were determined. Additionally, the effect of the stem radius and its height on the maximum temperature was analysed. The influence of tool geometry parameters on the temperature field and the temperature gradient in the welded materials was shown. It is important regarding the final result of FSSW.

PL

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem (FSW) jest jedna ze stosunkowo niedawno opracowanych metod łączenia metali. Należy do grupy metod łączenia metali i ich stopów w stanie stałym, w temperaturach niższych od temperatury topnienia łączonego materiału. Metoda jest stale rozwijana, a jedną z jej odmian jest punktowe zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem (FSSW). W procesie punktowego zgrzewania tarciowego z przemieszaniem specjalnie zaprojektowane narzędzie wprowadzane jest w ruch obrotowy i wgłebiane, pionowo w dół, w obszar łączenia dwóch elementów. Wskutek tarcia narzędzia o materiał oraz plastycznego odkształcania materiału, generowane jest ciepło. Następuje zmiękczenie materiału łączonych elementów. Zmiękczony materiał (uplastyczniony) jest stale mieszany. Po wyprowadzeniu narzędzia, przemieszany materiał stygnąc tworzy między spajanymi elementami złącze w stanie stałym. Symulację numeryczną procesu za pomocą metody elementów skończonych wykonano z wykorzystaniem programu ADINA. Problem rozpatrywano jako zagadnienie osiowosymetryczne. Przyjęto termoplastyczny model materiału - Al 6061-T6. Ciepło tarcia generowane jest na powierzchni kontaktu narzędzia z łączonymi elementami. Zastosowano model tarcia Coulomba, w którym współczynnik tarcia zależy od temperatury. W pracy analizowano wpływ geometrii narzędzia na generowanie ciepła w zgrzewanym materiale. Obliczenia przeprowadzono dla różnych wartości promienia trzpienia narzędzia oraz kąta wieńca opory. Wyznaczono rozkłady temperatury w zgrzewanym materiale w funkcji czasu trwania procesu, przyjmując stałą wartość prędkości obrotowej narzędzia i prędkości jego wgłębiania. Analizowano także zależność maksymalnej temperatury od promienia i wysokości trzpienia. Wykazano wpływ parametrów geometrycznych narzędzia na pole temperatury i gradientu temperatury w zgrzewanym materiale, co jest ważne dla finalnego efektu połączenia materiałów technologią FSSW.

5

Wpływ wybranych parametrów procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem na pole temperatury

Lacki P., Kucharczyk Z., Śliwa R. E., Gałaczyński T.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2012

|

R. 57, nr 8

524-532

PL

Przedstawiono wyniki analizy procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, wykorzystywanej do łączenia metalowych elementów struktur lotniczych. Skoncentrowano się na pierwszym etapie tej metody zgrzewania - fazie wgłębiania obracającego się narzędzia w materiały łączonych elementów, aż wieniec opory znajdzie się w kontakcie z górną powierzchnią elementu. Symulację numeryczną procesu za pomocą metody elementów skończonych wykonano z wykorzystaniem programu ADINA System v.8.8.0. Dla modelu termicznego wykorzystano współczynniki odpowiadające aluminium Al 6061-T6 jako materiału do budowy metalowych struktur nośnych płatowców. Problem rozpatrywano jako zagadnienie osiowosymetryczne. Wyznaczono rozkłady temperatury dla wybranych kroków czasowych, przyjmując stałą wartość współczynnika tarcia. Wykazano, że przyjmowanie stałej wartości współczynnika tarcia może prowadzić do niepewnych wyników, temperatury przekraczającej temperaturę topnienia zgrzewanego materiału. Analizowano także wpływ wybranych parametrów procesu (prędkość obrotowa narzędzia, wstępne nagrzewanie materiału) na generowanie ciepła tarcia w strefie kontaktu narzędzie - zgrzewany element. Wykazano istotny wpływ przyjmowanego modelu tarcia i wartości parametrów procesu na generowanie ciepła w modelowaniu procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem. Jest to ważne, gdyż w fazie wgłębiania tworzone są wyjściowe warunki termomechaniczne dla dalszych etapów procesu i finalny efekt połączenia materiałów technologią FSW.

EN

The analysis of the Friction Stir Welding process (FSW), which can be used for joining metal parts of aircraft structures have been presented in this work. The presented results are focused on the first phase of this method of welding - phase of plunged the tool into material of the joined elements. In this phase, the rotating tool is plunged in the material until the tool's shoulder comes in contact with the upper surface of the element. Numerical simulation of the process using the finite element method was performed using the ADINA System v.8.8.0. For the thermal model coefficients corresponding to the aluminum alloy 6061-T6 as material for manufacturing of the airframe's metal structures. The problem was considered as an axisymmetric problem. Temperature distributions were determined for selected time steps, assuming constant coefficient of friction. It has been shown that taking a constant value of the coefficient of friction can lead to uncertain results, the temperatures exceeding the melting point of the welded material. Analyzed the influence of process parameters (tool rotation speed, pre-heating of the material) to generate frictional heat in the contact zone tool - welding element. The results show how important implications for modeling of heat generation in friction stir welding process has assumed friction model and parameter values of the process. This is important because in phase of plunging the conditions are created for the further phases of thermo-mechanical process.