ریزساختار و ویژگی های دمای بالای (Haz) فولاد با استحکام بالا S700mc عملیات حرارتی مکانیکی

Microstructure And Properties Of The High-Temperature (Haz) Of Thermo-Mechanically Treated S700mc High-Yield-Strength Steel

1- مقدمه
2- روش تجربی
3- نتایج و بحث
4- نتیجه گیری
منابع

هدف این مقاله تعیین خصوصیات و ریزساختار منطقه تحت تاثیر حرارت بالای (HAZ) فولاد S700MC گرم شده تا دمای 1250 درجه و سرد شده در سرعت های مختلف بود. شبیه سازی سیکل های حرارتی با استفاده از یک شبیه سازی سیکل های حرارتی جوشکاری انجام شد. نمونه ها با یک سطح مقطع برای تحلیل شرح فلزات، آزمایشات برخورد، اندازه گیری های سختی و آزمایشات کششی ارائه شدند. سیکل های حرارتی جوشکاری با زمان های سردشدگی و یک دمای سیکل دمای ماکزیمم استفاده شدند. سیکل های پردازش ترمومکانیکی حرارتی جوشکاری به طور قابل توجهی مخصوصا با سرعت های گرمایش و سرمایش در SWC، هولدینگ کوتاه مدت در دمای ماکزیمم و همپوشانی مکرر دو یا چند سیکل در طول جوشکاری چندلایه متفاوت بودند. یکی از المان ها در ارزیابی جوش پذیری فولاد تحلیل فاز آستنیتی در طول سرمایش می باشد. آزمایشات سختی فولاد در زمان های سرمایش نواحی HAZ شبیه سازی شده از 3 به 120 ثانیه افزایش یافت و کاهش های تقریبا 40 HV را نشان داد، درحالیکه، صرف نظر از طول زمان سرمایش ، مقاومت برخورد بسیار پایین در سطح چند بود. مقاومت کششی، سختی و زبری نقش ثانویه آستنتیتی در کنترل مقاومت تبدیل اتصالات جوش خورده و خصوصیات پلاستیکی را نشان می دهند، تحلیل گذار فاز یک اساس قابل اطمینان برای ارزیابی-های جوش پذیری این گروه فولاد نشان داده نشده است.

2- روش تجربی
نواحی HAZ شبیه سازی شده در فولاد S700 MC (جدول 1 و شکل 1) که تا 1250 درجه گرم و در سرعت های مختلفی سرد شدند، برای آزمایش استفاده شده اند. سیکل های حرارتی با یک شبیه ساز سیکل حرارتی جوشکاری در گونه ها با یک سطح مقطع انجام شدند. این گونه ها سپس برای بررسی شرح فلزی، آزمایشات مقاومت برخورد، اندازه گیری های سطحی و آزمایشات کششی استفاده شدند.

این گونه ها برای سیکل های حرارتی جوشکاری و زمان های سرمایش با دمای ماکزیمم سیکل حرارتی ارائه شدند. دمای ماکزیمم سیکل حرارتی از یک نمودار ثبت شده با استفاده از یک PC خوانده شد. در جدول 2 (پریست و اندازه گیری شده) پارامترهای سیکل های حرارتی فولاد آزمایشی ارائه می شوند.

بعد از شبیه سازی، این گونه ها در ارتباط با استاندارد به آزمایشات برخورد چارپی 5 با استفاده از یک در یک دمای -30 درجه، برای بررسی فلزی در یک میکروسکوپ نوری ، و برای آزمایشات سختی ویکرز با یک بار 9.81 نیوتن با استفاده از یک تستر سختی فرستاده شدند. هر گونه در معرض 7 اندازه گیری، دو مقدار قابل توجه (مینیمم و ماکزیمم) رد شده و پنج مقدار باقیمانده متوسط قرار داشت. ویژگی های مکانیکی و پلاستیکی نمونه های تصادفی براساس PN-EN 10002-1، با استفاده از ماشین آزمایش اینسایت MTS تعیین شدند.

طراحی و تولید فزاینده قطعات هوافضا با شرایط خستگی بحرانی با استفاده از بهینه سازی توپولوژی و فرآیند L-PBF

Design and additive manufacturing of a fatigue-critical aerospace part using topology optimization and L-PBF process

چکیده
1 مقدمه
2 مواد و روش ها
2.1. مواد
2.2. تولید فزاینده
2.3. پس پردازش ها
2.4. طراحی و تحلیل
3 نتایج و بحث
3.1. بهینه سازی توپولوژی
3.2. طراحی مجدد نتیجه ی بهینه سازی توپولوژی
3.3. تحلیل های تأییدی
3.4. شبیه سازی های تولید
3.5. تولید فزاینده ی قطعه
4 نتیجه گیری
منابع

چکیده

تولید فزاینده نسل جدیدی از روش های تولید است و از داده های دیجیتال طراحی رایانه ای ارسال شده برای ماشین جهت تولید استفاده می کند. بنابراین، تولید فزاینده یک روش تولید مستقیم دیجیتال محسوب می شود. این پژوهش روشی را جهت طراحی آن دسته از قطعات حیاتی هواپیمایی ارائه می کند که تحت شرایط خستگی و در راستای تولید فزاینده استفاده می شوند. قطعه ی هواپیمای انتخابی که در شرایط خستگی بحرانی قرار داشت، از نظر توپولوژی بهینه سازی شد و سپس مجدداً طراحی شد تا قابلیت تولید پیدا کند. با کمک این مطالعه ی بهینه سازی، 45 درصد صرفه جویی در پارامتر جرم بدست آمد، در حالی که الزامات مکانیکی نیز محقق شدند. شبیه سازی های تولید به تغییر شکل های گرمایی می پردازند و قطعه ی بهینه شده با کمک روش جوش لیزری بستر پودری تولید شد و عملیات های ثانویه تولید شد.

1 مقدمه

صنعت هوافضا یکی از حیاتی ترین بخش هایی است که بیشترین استفاده از تولید فزاینده در آن صورت می گیرد و انتظار می رود که مجموع درآمد حاصل از تولید فزاینده به تدریج ظرف مدت 20 سال افزایش یابد (8). این روند خارق العاده ی تولید فزاینده، ناشی از فناوری های تولید فزاینده می باشد. این فناوری ها، تولید دیجیتال مستقیم و نوین درنظر گرفته می شوند. تولید دیجیتال مستقیم و نوین به این صورت تعریف می شود: تولید غیرمتمرکز قطعات برمبنای فرآیند مناسب احراز کیفیت و تأیید اعتبار (5). دلیل دیگر برای استفاده ی گسترده از تولید فزاینده را می توان به انعطاف پذیری در طراحی نسبت داد. به یمن آزادی تولید در فرآیندهای تولید فزاینده، هندسه های پیچیده تر که از ویژگی سبک تر و سخت تر بودن برخوردار هستند را می توان طراحی و تولید نمود. در طراحی در راستای تولید فزاینده، روش بهینه سازی توپولوژی ترجیح داده می شود و علت آن نقش مهم آن در کاهش وزن می باشد.

Abstract

Additive Manufacturing (AM) is a new generation manufacturing method and AM is using digital CAD data directed to the machine to manufacture. AM is therefore regarded as a direct digital manufacturing method. This research work presents the methodology for designing critical aerospace parts used under fatigue conditions for AM. Selected fatigue critical aerospace part was topologically optimized then re-designed for manufacturability. With this optimization study, 45 % mass saving was obtained while mechanical requirements were satisfied. Manufacturing simulations for thermal distortions are covered and the optimized part was manufactured with laser powder bed fusion (L-PBF) and secondary operations were applied.

1 Introduction

The aviation and space industries are the most critical sectors where additive manufacturing (AM) is most potentially used and the total revenues from AM are expected to gradually increase over the next 20 years [8]. Such an extraordinary trend of AM is of course the AM Technologies is regarded as the novel direct digital manufacturing (DDM). DDM defines as the de-centralized manufacturing of the parts in accordance with proper qualification and certification [5]. Another reason behind the extensive usage of AM can be correlated with the flexibility in design. Owing to the manufacturing freedom of the AM processes, more complex geometries having lighter and stiffer properties can be designed and manufactured. In design for AM, topology optimization (TO) method has been preferred due to its significant role in weight reduction

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

طراحی و تولید فزاینده قطعات هوافضا با شرایط خستگی بحرانی با استفاده از بهینه سازی توپولوژی و فرآیند L-PBF

Design and additive manufacturing of a fatigue-critical aerospace part using topology optimization and L-PBF process

استرس پسماند در جوشکاری لیزر آلیاژ تیتانیوم TC4 مبنی برتکنولوژی لیزر اولتراسونیک

Residual Stress in Laser Welding of TC4 Titanium Alloy Based on Ultrasonic laser Technology

چکیده

1. مقدمه

2. مبانی نظری

3. فرآیند آزمایشی

1.3. تهیه نمونه های آزمایشی

2.3. لیزر اولتراسونیک برای اندازه گیری تنش پسماند در جوشکاری لیزر

3.3. سوراخ کاری برای اندازه گیری تنش پسماند

4. نتایج و بحث

1.4. اثرات ورودی حرارت بر تنش پسماند

2.4. اثرات سرعت جوشکاری بر تنش پسماند

3.4. اثرات عملیات حرارتی بر تنش پسماند

5. نتیجه گیری

چکیده

جوشکاری لیزر به دلیل تراکم انرژی بالای آن، منطقه کوچک تحت تأثیر حرارت قرار گرفته و توانایی پردازش سریع، در جوشکاری آلیاژ تیتانیوم بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. با این وجود، مشکلات مربوط به جوشکاری لیزر از قبیل تغییر شکل و ترک خوردگی ناشی از تنش پسماند باید برطرف شود. در این مقاله، تنش پسماند در جوشکاری لیزر آلیاژ تیتانیوم TC4 با استفاده از لیزر اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. تنش پسماند در صفحات آلیاژ تیتانیوم به صورت حالت تنش صفحه ای در نظر گرفته می شود. روش بارگذاری پیش از تنش ارائه شده و ضرایب آکوستیک بدست می آید. بر اساس ضرایب شناخته شده آکوستوالاستیک، تنش های پسماند عرضی و طولی در جوشکاری لیزر با استفاده از لیزر اولتراسونیک اندازه گیری می شود. نتایج نشان می دهد که تنش پسماند طولی بزرگتر از تنش عرضی است. توزیع منظم تنش پسماند شبیه جوش معمولی است، اما ناحیه تنش کششی بسیار باریک تر است. سپس، در مورد تأثیر ورودی حرارت و سرعت جوشکاری بر تنش پسماند بحث شده است. با افزایش ورودی حرارت، ناحیه جوشکاری گسترده شده و مقدار پیک تنش پسماند افزایش می یابد. در صورت ثابت بودن قدرت جوشکاری، سرعت جوشکاری بالاتر باید انتخاب شود. این تحقیق برای اندازه گیری و کنترل تنش پسماند در فرآیند جوشکاری لیزر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. 

1. مقدمه

خواص مکانیکی دما بالا، نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت خوب در برابر خوردگی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم باعث کاربرد متنوع و موفقیت آمیز آن در زمینه های مختلف با تقاضای عملکردی و الزامات قابلیت اطمینان از قبیل هوافضا، اتومبیل، پزشکی، هسته ای، پتروشیمی و صنایع تولید برق شده است [1,2]. روش-های متداول جوشکاری آلیاژ تیتانیوم شامل جوشکاری گاز بی اثر تنگستن، جوشکاری پرتو الکترونی و جوشکاری لیزر است. جوشکاری لیزر به دلیل تراکم انرژی متمرکز آن، منطقه کوچک تحت تأثیر حرارت قرار گرفته (HAZ)، حداقل تغییر شکل در حین جوشکاری و سرعت سریع جوشکاری؛ یک روش جوشکاری غالب است. فناوری جوشکاری لیزر برای جوشکاری آلیاژ تیتانیوم TC4 مناسب است [3,4]. 

5. نتیجه گیری

از روش لیزر اولتراسونیک برای اندازه گیری تنش پسماند در جوشکاری لیزر آلیاژ تیتانیوم TC4 استفاده شد. روش بارگذاری پیش تنش ارائه شد و ضرایب آکوستوالاستیک آلیاژهای تیتانیوم TC4 در ابتدا بدست آمدند. براساس شناخت از ضرایب آکوستوالاستیک، تنش های پسماند جوشکاری طولی و عرضی با تکنیک لیزر اولتراسونیک اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که تنش پسماند طولی به طور آشکاری بزرگتر از تنش عرضی بود. تنش پسماند طولی، تنش کششی بالا در نزدیکی درز جوشکاری بوده و مقدار ماکزیم تنش پسماند طولی حدود MPa 420، که نصف استحکام تسلیم بود. سپس اثر پارامترهای فرآیند بر خصوصیات تنش پسماند بحث شد. نتایج نشان داد که حرارت ورودی، پارامتر غالب در تعیین تنش پسماند جوشکاری لیزر است. با افزایش حرارت ورودی، منطقه جوش گسترده تر شده و مقدار پیک تنش پسماند به تدریج افزایش می یابد. سرعت های جوشکاری بالاتر باید تا حد امکان زیاد انتخاب شود هنگامی که قدرت جوشکاری ثابت است. عملیات حرارتی می تواند حداکثر تنش پسماند طولی را حدود 80٪ کاهش داده و منجر به توزیع مجدد تنش شود.

Abstract

Laser welding is widely used in titanium alloy welding due to its high energy density, small heat affected zone, and rapid processing ability. However, problems with laser welding, such as deformation and cracking caused by residual stress, need to be resolved. In this paper, the residual stress in laser welding of TC4 titanium alloy was studied using an ultrasonic laser. The residual stress in titanium alloy plates is considered a plane stress state. A pre-stress loading method is proposed and acoustoelastic coefficients are obtained. Based on the known acoustoelastic coefficients, the transverse and longitudinal residual stresses in laser welding are measured using an ultrasonic laser. The results show that longitudinal residual stress is greater than the transverse stress. The distribution regularity of the residual stress is similar to normal welding, but the tensile stress zone is much narrower. Then, the influence of heat input and welding speed on residual stress is discussed. With increasing heat input, the welding zone widens, and the peak value of the residual stress increases. A higher welding speed should be chosen when the welding power is constant. This research has important significance for the measurement and control of residual stress in the laser welding process.

1. Introduction

The high temperature mechanical properties, high strength-to-weight ratio, and good corrosion resistance of titanium and titanium alloys have led its diversified and successful application in a variety of fields with demanding performance and reliability requirements, such as in the aerospace, automotive, medical, nuclear, petrochemical, and power generation industries [1,2]. Common titanium alloy welding methods include tungsten inert gas welding, electron beam welding, and laser welding. Laser welding is a dominant welding method because of its concentrated energy density, small heat affected zone (HAZ), minimal welding deformation, and fast welding speed. Laser welding technology is suitable for welding of TC4 titanium alloy [3,4].

5. Conclusions

An ultrasonic laser technique was used to measure the residual stress in laser welding of TC4 titanium alloy. A pre-stress loading method was proposed and the acoustoelastic coefficients of TC4 titanium alloys were first obtained. On the basis of known acoustoelastic coefficients, the longitudinal and transverse welding residual stresses were measured with an ultrasonic laser technique. The results showed that the longitudinal residual stress was obviously larger than the transverse stress. The longitudinal residual stress was high tensile stress near the welding seam, and the maximum value of longitudinal residual stress was about 420 MPa, which was half of the yield strength. Then, the effect of the process parameters on the features of the residual stress was discussed. The results showed that heat input is the dominant parameter determining laser welding residual stress. With increasing heat input, the welding zone widened and the peak value of the residual stress increased gradually. Higher welding speeds should be chosen as much as possible when the welding power is constant. Heat treatment can reduce the maximum of the longitudinal residual stress by about 80% and lead to the redistribution of stress.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استرس پسماند در جوشکاری لیزر آلیاژ تیتانیوم TC4 مبنی برتکنولوژی لیزر اولتراسونیک

Residual Stress in Laser Welding of TC4 Titanium Alloy Based on Ultrasonic laser Technology

تست غیرمخربی مواد افزودنی مصنوعی مبنی بر اندازه گیری پراکندگی اولتراسونیک

Nondestructive testing of additively manufactured material based on ultrasonic scattering measurement

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تست غیرمخربی مواد افزودنی مصنوعی مبنی بر اندازه گیری پراکندگی اولتراسونیک

Nondestructive testing of additively manufactured material based on ultrasonic scattering measurement

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

بررسی تاثیر ویژگی مواد و آرایش هر لایه، بر روی شکل پذیری ورقه های دو فلزی

Investigation into the effect of material properties and arrangement of each layer on the formability of bimetallic sheets

Abstract

The application of bimetallic sheets composed of two dissimilar sheet metals with distinct properties has increasingly developed in recent years. Enhancement of bimetallic sheet’s formability by designing of appropriate layers is an important challenge for industrialization of these sheets. The main objective of this paper is investigation on the influence of material properties of layers on the formability of bimetallic sheets analytically and experimentally. The analytical model was developed to predict forming limit diagram (FLD) based on M-K model using both the Hill’s and Barlat-Lian yield functions. The experimental works was performed on Aluminum (AL3105)/Carbon steel (St14) sheets for verification of analytical model. Results showed that the formability of bimetallic sheet is enhanced by increasing of the strain hardening and strain rate sensitivity exponents of layers, although variation of the exponent coefficient of the layer with higher formability was more effective than layer with lower formability. In addition, the results demonstrated a significant nonlinear effect of variation in thickness of layers on the FLD0 index. It is found that the influence of anisotropy coefficient of layers is negligible in comparison with other material parameters, but the arrangement of anisotropic steel layer with isotropic aluminum layer as well as the arrangement of layers in the aligned rolling direction (0°−0°) can slightly improve the formability of two-layer sheets.

1 Introduction

Recently, the application of laminated composite sheet metals and specially two-layer metallic sheets has been greatly increased due to achieving desirable mechanical, physical and chemical properties such as high strength low weight structures, vibration damping, corrosion resistance, appropriate thermal and electrical conductivity in the variant industries. Aluminum-steel (AL-St) sheet is one of the most common clad sheets, in which the cladding can be carried out by several methods such as clad rolling [1], adhesive bonding [2], explosive forming [3] and etc. These bimetallic sheets consist of two distinct metals as a high strength (St) layer bonded to a lightweight low formable (AL) layer. Therefore, their forming behavior is different that of each layer and it is worth to study the effect of material properties of each layer on the formability of two-layer sheet in order to optimum design of bimetallic sheets.

Forming limit diagram (FLD) is commonly used to evaluate the formability of sheet metals in metal forming processes. The FLD is a plot of the major strain versus the minor strain which is obtained at the onset of localized necking condition. This curve defines the maximum permissible major strain with respectto the minor strain above which failure may be occurred in the deformed sheet. The concept of FLD was introduced by Keeler [4] and Goodwin [5] for the first time in 1968. Besides of many researchers reported on the mono-sheets, the formability of two-layer sheets has been the subject of some researchers. Semiatin and Piehler[6,7] investigated the formability of stainless steel-clad aluminum and aluminumclad stainless steel sheets based on defuse and localized necking. They resulted that the final localization and fracture are affected by arrangement of layers. Mori and Kurimoto [8] studied the formability of stainless steel-aluminum clad sheet experimentally. They utilized deep drawing process with a cylindrical punch and stretch forming test with a hemispherical punch to evaluate the formability of sheet. They concluded that a higher formability can be achieved when the aluminum is set on the outer side of the cup in stretching and deep drawing tests. Yoshida and Hino [9] determined the forming limits of sheet metal laminates under biaxial stress conditions. They developed a criterion for the left hand side of the FLD curve based on the Hill’s localized necking theory. In addition, punch-stretching tests were done on two and three-ply stainless steel-clad aluminum sheets. Kim et al. [10] studied the formability of roll-bonded AA5182/polypropylene/AA5182 sandwich sheets. They used the M-K theory associated with Hill’s yield function to predict FLD of sandwich sheet.

روشی جدید برای بهبود عمر خستگی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه متحرک با استفاده از انعطاف پذیری محلی

A novel method for improving fatigue life of friction stir spot welded joints using localized plasticity

Abstract

This study introduces a new method for enhancing the life and strength of friction stir spot welded (FSSW) joints using a localized plasticity process. The aim of this investigation is to evaluate the effect of cold expansion on the improvement of fatigue life of FSSW joints in aluminum alloy 7075-T6 plates through conducting experimental and numerical procedures. In the experimental section, the fatigue tests were carried out using constant amplitude load control servo-hydraulic fatigue testing machine on the as-welded and cold expanded FSSW joints with cold expansion level of 3.3%. In the numerical part, three-dimensional finite element models were implemented to calculate stress and strain distributions in two batches of specimens using two multi-axial fatigue criteria: Smith–Watson–Topper and Fatemi–777Socie. The obtained experimental and numerical S–N data revealed that the cold expansion method could improve the fatigue life of FSSW joints in all load ranges so that in high cycle regimes, it could improve the fatigue life up to 6 times. Although the results revealed that there is a relatively good agreement between estimated fatigue lives and experimental data in reasonable fatigue life regime, considering the fatigue crack growth life can lead to better estimation.

1 Introduction

Friction Stir Spot Welding (FSSW) technology is being targeted at modern automotive and aerospace industries in order to resolve the significant issues such as: energy saving, environmental preservation, fuel economy improvement, and performance. One of the efficient procedures is through replacing conventional iron based alloys with light and high strength materials such as aluminum, magnesium and reinforced polymer composites in fabrication of vehicles, as reported by Blawert et al. [1], and Davies [2]. These mentioned alloys are difficult to fusion weld, and their mechanical properties are drastically attenuated by fusion welding process, as reported by Cavaliere et al. [3]. The resistance spot welding (RSW) with some privileges like high tolerance to poor part fit up compared with fusion welding techniques is commonly employed for joining steel sheets; however, this method leads to poor mechanical performance [4, 5]. Generally, friction stir welding (FSW) is a revolutionary joining method which was introduced by TWI in 1991[6] with various advantages such as good retention of baseline mechanical properties, little distortion, and low residual stresses in comparison with traditional welding techniques. German factory GKSS [7] has recently applied friction welding process for spot welding, called friction stir spot welding (FSSW). In this new generated solid‐state joining process, the specimens are connected to each other based on friction heating on the facing surfaces of predesigned special tool and sheets. The stirring process plays an important role in producing a plastically deformed zone around the pin. This new invented technology has been adopted by Mazda Motor [8] in mass production of hood and rear door of the sport model Mazda RX‐8. In FSSW the whole process of welding occurred under the melting point of welded alloys. That’s why it is appropriate for low melting point materials such as Al and Mg. Due to overwhelming development in application of this welding technique, many researchers have been allured to study the several aspects of this technology. The main issues are micro‐structural and mechanical characteristics of the joints, optimization of welding process parameters, capability in joining dissimilar materials, strength of the joints which are influenced by deviations in process parameters, and fatigue life and failure modes of spot friction welded joints. Most of the previous studies investigated the spot friction welds between similar and dissimilar aluminum alloys. Smith et al. [9] proposed a review on the advantages of using FSSW in transportation industry. Merzoug et al. [10] experimentally determined the optimal parameters of FSSW process in order to enhance the mechanical properties of Al 6065‐T5 welded joints. Da Silva et al. [11] investigated the effect of joining parameters on the mechanical properties and micro structural features; and described the material flow of dissimilar intermixing during FSSW into different aluminum alloys. Rodrigues et al. [12] studied the influence of welding parameters such as conical and flat shoulders, on the microstructure and mechanical characteristics of joints to get non defective welds. Most of the previous studies have focused on determining the influence of welding parameters on the microstructures, failure modes of SFW joints under quasi‐static loading conditions. In another study by Lin et al. [13], the microstructures and failure modes of spot friction welds in lap‐shear specimens of aluminum 6111‐T4 sheets were studied using optical micrographs. Wang and Chen [14] predicted fatigue lives of FSSW in AL 6061‐T4 lap shear specimens under cyclic loading conditions based on Paris law and local stress intensity factors as functions of the kink length. Rash Ahmadi et al. [15] investigated the fatigue life of single friction stir spot welds by performing finite element analysis and strain‐based modified Morrow’s damage equation considering hardness distribution, assuming the cyclic material constants and mechanical strength of different zones around the FSSW are proportional to the base material hardness value. A new technique has been recently proposed to improve the strength of friction welded joints which results in enhancement of static load capacity and fatigue life. In this method, a number of actions are used such as adding some particle reinforcement during the friction welding process, refilling the joints by using a special designed double‐acting tool to remove the created cavity in welded zone, and applying thermal annealing to friction welded structures. Some of the relevant studies have been done by Miller et al. [16]. They studied addition of metal particles during the spot friction welding process to create a localized Metal Matrix Composite (MMC) for the improvement of lap shear strength in AL 6111‐T4 alloys; and experimental procedures revealed that the MMC reinforcement improved the lap shear strength of Spot Friction Welded (SFW) joints by about 25%. Uematsu et al. [17] investigated the effects of refilling probe hole and increased effective cross sectional area of the nugget on tensile and fatigue behavior of FSSW joints. Although experimental results revealed that tensile strength of refilled joints was higher than the as‐welded joints, the fatigue strength of the refilled joints was almost the same or in some cases lower than the joints with probe hole. In parallel with our mentioned goal, a process has been proposed to improve the fatigue life of FSSW joint in this research. This process generates compressive residual stresses at the periphery of the joints via passing a designed concave pin with larger size than the created hole in the center of the weld. The main objective of the present study is to evaluate the performance of the proposed method through investigating its effects on fatigue behavior of FSSW joints of aluminum 7075‐T6 and therefore some reliable strain based multi-axial fatigue criteria have been selected to predict fatigue lives of specimens based on finite element analysis.

اثرات گاز محافظ روی جوشکاری قوس دار پودری اتصالات از جنس فولاد ضدزنگ آستنیتی سخت شده (AISI 316L (N

Shielding gas effects on flux cored arc welding of AISI 316L (N) austenitic stainless steel joints

Abstract

This paper deals with the flux cored arc welding (FCAW) of AISI 316L (N) austenitic stainless steel with 1.2 mm diameter of flux cored 316LT filler wire. The welding was carried out with different shielding gas mixtures like 100% Ar, 95% Ar + 05% CO2, 90% Ar + 10% CO2, 80% Ar + 20% CO2, 75% Ar + 23% CO2 + 2% O2 and 70% Ar + 25% CO2 + 5% O2 and 100% CO2. The main aim of the work is to study the effect of various shielding gas mixtures on mechanical properties and metallurgical characters. The microstructures and ferrite content of the welds were analyzed. The mechanical characteristics such as impact test, microhardness and ductility of welds were carried out. The fracture surface impact samples were analyzed through scanning electron microscope (SEM). The fracture surface revealed a ductile rupture at room temperature and ductile rupture with a few cleavages at lower temperatures occurred. The toughness and ferrite percentages of the welds were decreased for increase of the CO2 in shielding gas mixtures.

1 Introduction

Flux cored arc welding (FCAW) has received significant attention among welders nowadays because of its advantages like easy workability and efficiency. It is suitable for mechanization and robotization and easy for applying thus providing speedy work during welding process of sheets having high thickness. It is a fusion welding process in which coalescence is produced from an arc between the work and a continuously fed filler metal electrode. The electrode core contains alloying elements that modify the molten weld metal, deoxidizers, scavenger elements that remove extra dissolved gases, stabilizers, slag forming elements and flux materials and from literatures it is evident that the use of flux wire over solid wire is more beneficial [1].

The 316L (N) austenitic stainless steel is widely used in exhaust manifolds, furnace parts, heat exchangers, jet engine parts, nuclear industry etc. The heat affected zone (HAZ) of austenitic stainless steels containing more than 0.05% C can be susceptible to a form of inter-granular corrosion called weld decay. Weld decay in austenitic stainless steels is caused by precipitation of Cr carbide at grain boundaries, which is called sensitization. Typically, the Cr carbide is Cr-enriched M23C6, in which M represents Cr and some small amount of Fe. Within the sensitization temperature range carbon atoms rapidly diffuse to grain boundaries, where they combine with Cr to form Cr carbide, so less carbon in the range of 0.03 maximum is used in 316L material [2]. Austenitic stainless steels find applications due to excellent corrosion resistance in normal atmospheres and in a wide range of corrosive media. Type 316 steels containing 2–3% molybdenum show better general corrosion resistance as in chloride medium to pitting corrosion [3]. In 316L (N) nitrogen is added within the range of 0.06–0.08%.

The shielding gas is one of the key factors which affects the microstructure and mechanical properties of the welds. A mixture of carbon dioxide and argon is widely used as the shielding gas for FCAW process [4,6]. The percentage of carbon dioxide gas has varied from the different levels with different heat input and the effects of the welds were investigated by Yilmaz and Tümer [5]. Aloraier et al. [7] has proposed that no post weld heat treatment required for FCAW process. The welding parameters that affect weld penetration were studied by Mostafa and Khajavi [8]. Erdal Karadeniz et al. [9] studied the effect of process parameters on penetration in gas metal arc welding processes. Arivazhagan et al. [10] studied the influence of shielding gas composition on toughness of flux-cored arc weld of modified 9Cr–1Mo (P91) steel. Mohamad Ebrahimnia et al. [11] studied the effect of shielding gas composition on the mechanical weld properties of steel ST 37-2 in gas metal arc welding. In this study the influence of variation in the shielding gas composition on the weld properties of the steel ST 37-2 was investigated. Kang et al. [12] investigated the effect of alternate supply of shielding gases in austenite stainless steel GTA welding with a mixing supply of shielding gas and found that it cannot only increase the welding quality, but also reduce the energy by 20% and the emission rate of fume. To improve the efficiency of FCAW welding process the effect of carbon dioxide on the weld quality must be known.

تنش های پسماند در مقاطع H شکل فولادی پر مقاومت بریده شده با شعله و جوشکاری شده

Residual stresses in welded flame-cut high strength steel H-sections

چکیده

معرفی

تحقیقات تنش پسماند قبلی در مورد مقاطع H شکل با فولاد پر مقاومت

تکنیک‌های اندازه‌گیری تنش پسماند

برنامه آزمایشی

ویژگی‌های مصالح

ساخت و آماده‌سازی نمونه‌ها

روش حفره زنی

روش مقطع زنی

نتایج آزمایش

تنش پسماند اندازه‌گیری شده توسط روش مقطع زنی

تنش‌های پسماند اندازه‌گیری شده توسط روش حفره زنی

الگوی تنش پسماند ساده‌سازی شده

بحث

تنش‌های پسماند را با تغییر d⁄t_f را مقایسه کنید

تنش‌های پسماند فولادهای مختلف را مقایسه کنید

تنش‌های پسماند اندازه‌گیری شده را با فرضیات قبلی مقایسه کنید

نتیجه‌گیری

چکیده

حضور تنش پسماند در اعضا به‌طور‌ قابل‌توجهی می‌تواند مقدار سختی و طول عمر خستگی اعضا سازه‌ای فلزی را در شک و تردید قرار دهد. تحقیقات در این زمینه برای اعضا سازه‌ای با فولاد کم‌کربن، به‌خوبی مستندسازی شده است. با‌این‌وجود، به علت اختلاف در روابط تنش-کرنش و ویژگی‌های مواد تحت دماهای محصور و بالا، توزیع تنش پسماند در عضو فولادی پر مقاومت، به‌طور فیزیکی، متفاوت است با اعضایی که از فولاد کم‌کربن ساخته‌شده‌اند. مطالعه توزیع تنش پسماند برای اعضا سازه‌ای ساخته‌شده از فولاد پر مقاومت، ضروری است. در این مقاله، تنش‌های پسماند سه عدد ستون با مقطع H شکل بریده‌شده با شعله و جوشکاری شده با مقاومت تسلیم اسمی 460 مگا پاسکال اما با ابعاد مقطع عرضی متفاوت، موردبررسی قرارگرفته است. هردوی روش‌های مقطع زنی و حفره زنی، برای اندازه‌گیری استفاده‌شده و تنش‌های پسماند به‌دست‌آمده، بین دو روش مقایسه شده است. مقادیر و توزیع‌های تنش‌های پسماند اندازه‌گیری شده، با آن‌هایی که از فولاد کربنی هستند یکسان است، اما در نسبت‌های تنش پسماند نسبتاً کوچک‌تر. نهایتاً، بر اساس اندازه‌گیری‌ها یک توزیع تنش پسماند ساده‌سازی شده برای اعضا فولادی پر مقاومت 460 مگا پاسکال با مقطع H شکل بریده‌شده با شعله و جوشکاری شده، پیشنهادشده است. 

معرفی

اعضا سازه‌ای جوشکاری شده، نورد گرم، بریده‌شده با شعله و یا صاف‌شده با شعله معمولاً در ابتدا بدون تنش نمی‌باشند. تنش‌های پسماندی در این اعضا فلزی سازه‌ای وجود دارد که به‌وسیله‌ی توزیع‌های حرارت غیریکنواخت در طول فرآیند‌های ساخت، تولید یا بهسازی ایجادشده‌اند. به علت شکل‌پذیری بالا و کافی مواد فولادی، تنش‌های پسماند اغلب برای مقاومت پلاستیک مقاطع عرضی مشکلی ایجاد نمی‌کند، ولی حضور تنش پسماند ممکن است به‌طور قابل‌توجهی سختی اعضا فشاری را تغییر دهد و طول عمر خستگی اعضا فولادی را تحت بار متناوب و یا بار دینامیکی کاهش دهد. برای بررسی اثر تنش‌های پسماند، مقادیر و توزیع‌های تنش‌های پسماند در مقاطع فولادی کم‌کربن جوشی، به‌طور گسترده موردبررسی قرارگرفته است[1,2]. به علت اینکه منحنی‌های تنش-کرنش و ویژگی‌های ماده‌ای[3] مربوط به دمای بالای فولاد پر مقاومت (HSS، مقاومت تسلیم برابر یا بیش‌تر از 460 مگا پاسکال) متفاوت است با فولاد با مقاومت معمولی، انتظار می‌رود که تنش‌های پسماند در مقاطع پر مقاومت با مقاطع فولادی کم‌کربن متفاوت باشد. 

نتیجه‌گیری

توزیع‌های تنش پسماند برای سه مقطع H شکل متفاوت، ساخته‌شده از ورق‌های فولادی پر مقاومت Q460 با شعله بریده‌شده ارائه گردید. توزیع‌های تنش پسماند ساده‌سازی شده پیشنهاد شد. تنش‌های پسماند فشاری میانگین σ_rc در بال‌ها با توجه به نسبت‌های عرض به ضخامت بال‌های بیرون زده 7.1 ، 5 و 3.4 به ترتیب برابر با -19.5%، -27.1% و -40.8% مقاومت تسلیم بود. میانگین تنش‌های پسماند کششی محاسبه‌شده σ_rt در هر مقطع 73.1% ، 90% و 103.9% مقاومت تسلیم به ترتیب برای نمونه‌های R-H-7 ، R-H5 و R-H-3 بود. نتایج  به‌دست‌آمده از دو روش مقطع زنی و حفره زنی باهم مقایسه شد. مشاهده شد که میانگین مقادیر تنش پسماند فشاری به‌دست‌آمده از هردو روش مشابه است اما توزیع‌های تنش پسماند به‌دست‌آمده از روش مقطع زنی برای استفاده در تحلیل‌های عددی مناسب‌تر است. با مقایسه نمونه‌های اندازه‌گیری شده، به دست می‌آید که افزایش نسبت‌های عرض به ضخامت بال بیرون زده، به کاهش تنش‌های پسماند فشاری در بال‌ها و افزایش تنش‌های پسماند کششی در نوک‌های بال منجر خواهد شد. مقایسه نتایج آزمایش با نتایج آزمایش‌های نمونه‌های کم‌کربن نشان می‌دهد که نسبت‌های تنش پسماند مقاطع H شکل جوشی بریده‌شده با شعله فولادی پر مقاومت نسبت به مقاطع H شکل فولادی معمولی، کم‌ضرر تر برای مقاومت ستون به نظر می‌آید.

Abstract

The presence of residual stress in members can significantly compromise the stiffness and fatigue life of steel structural components. Researches in this area are well documented for structural members of mild carbon steels. Nevertheless, due to the difference of stress–strain relations and material properties under ambient and high temperatures, the residual stress distribution in a high strength steel member is physically different from those fabricated from mild carbon steel. It is imperative to study the residual stress distribution for structural members fabricated from high strength steel. In this paper, the residual stresses of three welded flame-cut H-section columns with a nominal yield strength of 460 MPa but different cross-section dimensions were investigated. Both sectioning and hole-drilling methods were used in the measurement and the obtained residual stresses were compared between the two methods. The magnitudes and distributions of the measured residual stresses are identical with those of carbon steel, however in relatively smaller residual stress ratios. Finally, based on the measurements, a simplified residual stress distribution for 460 MPa high strength steel members with welded flame-cut H-section is proposed.

1. Introduction

Welded, hot-rolled, flame-cut or flame-straightened structural components are usually not initially stress free. Residual stresses exist in these structural steel members induced by the non-uniform temperature distributions during the manufacture, fabrication or refinement processes. Owing to the sufficiently high ductility of steel material, residual stresses are often not detrimental to the plastic strength of cross sections, but the presence of residual stress may significantly impair the stiffness of compression members and shorten the fatigue life of steel members under periodical load or dynamic load. In order to investigate the effect of residual stresses, the magnitudes and distributions of residual stresses in welded mild carbon steel sections have been extensively investigated [1,2]. Since the stress–strain curves and high-temperature material properties [3] of high strength steel (HSS, yield strength≥460 MPa) are different from the regular strength steel, it is expected that the residual stresses in HSS sections are different from those in mild carbon steel sections.

6. Conclusion

The residual stress distributions of three different H-sections fabricated from flame-cut Q460 high strength steel plates were presented. The simplified residual stress distributions were proposed. The average compressive residual stresses σrc in flanges were −19.5%, −27.1% and −40.8% of yield strength according to the width to thickness ratios of outstanding flanges, which were 7.1, 5.0 and 3.4 respectively. The average calculated tensile residual stresses σrt in each section were 73.1%, 90.0% and 103.9% of yield strength for specimens R-H-7, R-H-5 and R-H-3, respectively. The test results obtained by both sectioning and hole-drilling methods were compared. It is observed that the average values of compressive residual stress obtained by the two methods are similar, but the residual stress distributions obtained by sectioning method is more convenient to be employed in the numerical analysis. By comparing the measured specimens, it is found that the increase in width to thickness ratios of an outstanding flange will result in decreasing of compressive residual stresses within flanges and increasing of tensile residual stresses at flange tips. The comparison of the test result with those of mild carbon steel shows that the residual stress ratios of HSS flame-cut welded H-sections tend to be less detrimental to the column strength than the ordinary steel H-sections.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تنش های پسماند در مقاطع H شکل فولادی پر مقاومت بریده شده با شعله و جوشکاری شده

Residual stresses in welded flame-cut high strength steel H-sections

بررسی جوشکاری TIG کامپوزیت SiCp-آلومینیوم تقویت شده-ماتریس با استفاده از گاز مخلوط شده محافظ و پرکننده Al-Si

Investigation on TIG welding of SiCp-reinforced aluminum–matrix composite using mixed shielding gas and Al–Si filler

Abstract

Using He–Ar mixed gas as shielding gas, the tungsten inert gas (TIG) welding of SiCp/6061 Al composites was investigated without and with Al–Si filler. Welded joint with filler were submitted to tensile tests. The microstructure and fracture morphology of the joint were examined. The results show that adding 50 vol.% helium in shielding gas improves the arc stability, and seams with high-quality appearance are obtained when the Al–Si filler is added. In addition, the interface reaction between SiC and matrix is greatly suppressed when using Al–Si filler. The microstructure of the welded joint displays non-uniformity with many SiC particles distributing in the weld center. The average tensile strength of weld joints with Al–Si filler is 70% above that of the matrix composites under annealed condition.

1 Introduction

Aluminum–matrix composites have wide applications, e.g. in the aerospace and automobile industries, due to their high specific strength, rigidity, wear resistance and good dimensional stability compared with unreinforced alloys [1–4]. One of the aluminum–matrix composite families with higher potential application, thanks to their excellent specific properties and acceptable fabrication costs, is constituted of medium- or high-strength aluminum alloys (i.e. 2xxx and 6xxx series) reinforced with SiC particles [4]. However, its further application and development are faced with the problem of poor weldability, caused by the great difference between aluminum–matrix and reinforcement in physical and chemical properties [5].

In recent years, the results of much research work have been published proposing the application of solid-state bonding techniques (diffusion bonding, friction welding, etc.) to solve those problems [2,5]. The weldability of SiC particle-reinforced aluminum–matrix composites has been investigated in friction welding [6]. Both inertia friction welding and continuous-drive friction welding can produce high-quality joints with uniform microstructures and promising mechanical properties, which are to date regarded as the most promising joining techniques [2]. Diffusion welding has been studied widely, including solid-state diffusion welding without interlayer. Transient liquid-phase dif- fusion bonding has also been used to join SiC particle-reinforced aluminum–matrix composites, and the results were favorable [2–6].

Fusion welding is the most flexible and versatile welding technology. Extensive investigation on welding of SiC particlereinforced aluminum–matrix composites with high-power laser beam and electron beam has been conducted [7,8] in order to produce ideal microstructure and joint strength. However, the typical limitations of the procedures mentioned above as regards production capacity and equipment costs make it necessary to reconsider the possibility of the application of more productive welding processes [2]. Traditional tungsten inert gas (TIG) and metal inert gas welding techniques have been applied to join SiC particle-reinforced aluminum–matrix composites [2,9]. Their industrial application is much limited owing to the high viscosity of the molten pool, the segregation and agglomeration of reinforcing particles, and especially the serious interface reaction between SiC particle and aluminum–matrix, leading to less acceptable mechanical properties. This paper describes an experimental research on the TIG weldability of SiC-reinforced 6061 aluminum alloy protected with helium–argon mixed gas.

مشخص سازی تاثیر هندسه ابزار FSW بر روی نیروهای جوشکاری و استحکام کششی جوش با استفاده از ابزار تجهیزشده

Characterization of the influences of FSW tool geometry on welding forces and weld tensile strength using an instrumented tool

چکیده
1- مقدمه
2- مرور ترانسفورماتور چندمحوری و اثر نیرو (FF)
3- تحلیل اثر نیرو
4- تعداد شیارها (ابزارهای سری A)
5- عمق شیار (ابزارهای سری D)
6- زاویه شیار (ابزارهای سری F)
7- زاویه مخروطی (باریک شوندگی) پین (ابزارهای سری T)
8- قطر پین (ابزارهای سری P)
9- گام شیار پیچ (ابزارهای سری H)
10- نتیجه گیری

چکیده

خودکارسازی روش FSW برای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شده پایدار و قابل اعتماد ضروری است و این امر نیازمند درک چگونگی تاثیر طراحی ابزار بر پارامترهای روش است که در عوض می تواند استحکام اتصال و عملکرد بالایی را مهیا کند. بهینه سازی ابزار به درک بهتر از اثر پارامترهای ابزار روی نیروها طی جوشکاری، گشتاور و دمای ابزار بستگی دارد. پارامترهای مهم شامل طراحی شیار (مثلا تعداد، عمق، و زاویه مخروطی)، قطر و مخروطی پین ابزار و گام هر فرم شیار پیچ روی پین هستند. تاثیر این موارد در این مطالعه با استفاده از ماتریس پروفایل سیستماتیک ابزار بررسی شد که تاثیر چهار نوع هر یک از این شش فاکتور هندسی را در نظر گرفت. نیروهای روی ابزار، گشتاور اعمال شده و دما ذکر شدند و طی جوشکاری آلیاژ آلومینیوم 5083-H321 با قطر 6 میلیمتر ثبت شدند. نیروهای واکنش جانبی روی هر ابزار و زاویه نسبی جهت گیری نیروهای برآیند اوج با رسم قطبی دو جزئی به نام “اثر نیرو” (FF) توصیف شده است. این امر اطلاعات تصویری درباره تعامل بین پروفایل ابزار و منطقه اغتشاشی پلاستیک مهیا می کند که نمی تواند به صورت مستقیم از اطلاعات اندازه نیرو حاصل شود. مشخصات کلیدی تعامل ابزار-جوش را می توان استخراج، تحلیل و خلاصه کرد تا راهنمایی درباره انتخاب بهینه ابزار برا یمجموعه شرایط جوشکاری داده شده فراهم کرد.

1- مقدمه

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شده (FSW) در سال 1991 در TWI توسعه یافت و با موفقیت در تعداد روبه افزایشی از کاربردهای اتصالی در سراسر دنیا مورد استفاده قرار گرفته است. FSW از ابزار غیرمصرفی برای ایجاد حرارت اصطکاکی در نقطه جوشکاری استفاده می کند که تغییر شکل پیچیده پلاستیکی قطعه کاری در طول خط اتصال را القا می نماید. معمولا صفحاتی که باید به هم وصل شوند روی صفحه پشتیبان سختی قرار داده شده و با گیره محکم می شوند تا از جدا شدن وجوه در حال شکل گیری جلوگیری شود. سپس ابزار استوانه ای شانه دار با پینی که شکل ویژه ای دارد (کاوشگر) چرخانده شده و به آرامی بین سطوح تماس قطعات در حال جوشکاری غوطه ور می شود. این امر باعث گرمایش اصطکاکی صفحات می شود که در عوض استحکام مکانیکی را پایین می برد. بعد از زمان استراحت خاص (یعنی کنار گذاشتن قطعه)، حرکت عرضی جوش آغاز می شود در حالی که بار محوری نسبتا بالایی (نیروی z) روی شانه ابزار پشت پین (با زاویه شیب رو به جلو) حفظ می شود تا چکش کاری جوش را پشتیبانی نماید. بعد از جوشکاری، ابزار از صفحه بیرون کشیده می شود تا حفره کلید مشخصی را ایجاد کند.

10- نتیجه گیری

این مقاله یکی از اولین مطالعاتی است که به صورت سیستماتیک تاثیرات فاکتورهای هندسه ابزار روی پارامترهای روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شده و روی مقاومت کششی را بررسی و گزارش کرده است. می توان چندین نکته از بحث نتایج بالا حاصل کرد تا راهنماهای کلی درباره طراحی ابزار مهیا نمود. داده های این مطالعه برای آلیاژ ویژه AA5083-H321 و ضخامت صفحه (6 میلیمتر) حاصل شد اما مشخص می شود که پارامترهای خاص ابزار در جوشکاری سایر آلیاژها و اندازه های صفحه نیز مهم شناسایی می شوند؛ مثلا ابزارهای سه شیاری در TWI تهیه شدند. بنابراین می توان این راهنماها را به گستره ای از آلیاژها و ضخامت های صفحه تعمیم داد. احتمال مطلق بودن این راهنماها کم است زیرا سایر پارامترهای ابزار که در این مطالعه در نظر گرفته نشده اند ممکن است بروی نیروها، گشتاور، هم زدن پلاستیک و بنابراین مقاومت کششی تاثیر داشته باشند. ارزشمند است ذکر کنیم که حفره زایی داخلی گستره با ابزارهای خاص نشان می دهد که نقش چکش کاری شانه ابزار می تواند نسبتا محدود بوده و شانه چرخشی باید بخش ناکارآمد فرآیند جوشکاری باشد.

Abstract

FSW process automation is essential to making consistent and reliable friction stir welds and this requires an understanding of how tool design can influence process parameters, which in turn can provide high joint strength and performance. Tool optimisation hinges on a better understanding of the effect of tool parameters on forces during welding, on the tool torque and tool temperature. Important parameters include flute design (e.g. number, depth, and taper angle), the tool pin diameter and taper, and the pitch of any thread form on the pin. These influences were investigated in this study using a systematic tool profile matrix which considered the influence of four variations of each of these six geometric factors. Forces on the tool, applied torque and temperature were monitored and recorded during welding of 6 mm thick 5083-H321 aluminium alloy. The lateral reaction forces on each tool and the relative angle of orientation of the peak resultant force are described via a bi-lobed polar plot called the “force footprint” (FF). This provides visual information on the interaction between tool profile and the plastic stir zone, which cannot be obtained purely from force magnitude information. Key characteristics of the tool–weld interaction can be extracted, analysed and summarized to provide guidance on optimum tool selection for a given set of weld conditions.

1- Introduction

Friction stir welding (FSW) was developed at TWI in 1991 and is successfully being applied to an increasing number of joining applications worldwide. FSW uses a non-consumable tool to generate frictional heat at the point of welding, inducing complex plastic deformation of the workpiece along the joint line. Generally the plates to be joined are placed on a rigid backing plate and clamped to prevent the faying joint faces from separating. A shouldered cylindrical tool, with a spe-cially shaped pin (probe), is then rotated and slowly plunged between the faying surfaces. This causes frictional heating of the plates, which in turn lowers their mechanical strength. After a certain dwell time weld traverse starts whilst a relatively high axial load (z-force) is maintained (by a forwards rake angle) on the tool shoulder behind the pin to support weld forging. After welding the tool extracts from the plate to leave a characteristic keyhole.

10- Conclusions

This paper is one of the first studies that has systematically examined and reported influences of tool geometry factors on friction stir welding process parameters and on weld tensile strength. Several points can be drawn out from the discussion of the results above to provide some general guidelines on tool design. The data in this study have been obtained for a specific alloy AA5083-H321 and plate thickness (6mm), but it is known that certain of the tool parameters have been identified as important in welding other alloys and plate sizes, e.g. the 3-flute concept is proven in thread taps and widely used in the tri-flute tools developed at TWI. Thus these guidelines may be applicable to a range of alloys and plate thicknesses. The guidelines are unlikely to be definitive as other tool parameters not considered in this study may be influential on forces, torque, plastic stirring and hence tensile strength. It is also worth noting that the extensive internal voiding observed with certain tools implies that the forging role of the tool shoulder may be rather limited and that a rotating shoulder may be an inefficient part of the welding process.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مشخص سازی تاثیر هندسه ابزار FSW بر روی نیروهای جوشکاری و استحکام کششی جوش با استفاده از ابزار تجهیزشده

Characterization of the influences of FSW tool geometry on welding forces and weld tensile strength using an instrumented tool