Procedure for Determining Process Characteristics of Friction Stir Welding
Loading...
Date
2018
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
EN: Purpose. The study is aimed at improving the procedure for determining the optimum radius of the shoulder of a special tool for friction stir welding (FSW) of aluminum alloys and its change depending on the variations of base metal thickness. Methodology. The friction stir welding process was carried out on specially designed equipment. The material for the studies were 1.85 mm thick plates made of aluminum alloy AMg3 with a chemical content of alloying elements within the range of the brand composition. The temperature in the welding zone and the pressure from the tool on the edges of the welded joint were determined using a specially designed research stand. The pressing force of the tool to the base metal during welding was measured with a dynamometer type DC-0.1 with the indicator head. Findings. During the research, the degree of metal heating and the quality of the welded joint formation were determined at various ratios of the rotation frequency of the working tool and the normal pressure to the joining edges. The research allowed determining the influence of FSW process parameters on the temperature of metal heating in the action zone of the working tool shoulder. Originality. The experimental studies allowed to determine the effect of the working tool rotation speed and the magnitude of its pressure on the welded metal during welding on the temperature in the weld zone. Increasing the tool rotation frequency allows to reduce pressure of the working tool during welding, which results in more efficient and high-quality welding process. It has been established that it is possible to obtain better welded joints at a temperature of about 0.7 Tm and to determine the optimal temperature range in the welding zone. Practical value. The study resulted in determination of the conditions for achieving the permanent softening effect during friction stir welding and the optimum temperatures in the welding zone for the tested alloy. The main technological parameters of the working tool are calculated and their influence on the generation of thermal energy in the welding zone is determined. The thermal analysis of the welding process resulted in development of the procedure for determining the technological parameters of the working tool and its rotation frequency depending on the weld metal thickness.
UK: Мета. Дослідження передбачає удосконалення методики визначення оптимальної величини радіуса заплечика спеціального інструмента під час зварювання тертям із перемішуванням (ЗТП) сплавів на основі алюмінію та його зміну залежно від зміни товщини основного металу. Методика. Процес зварювання тертям із перемішуванням виконаний на спеціально розробленому обладнанні. Матеріалом для досліджень були пластини товщиною 1,85 мм зі сплаву алюмінію АМг3 з хімічним вмістом легувальних елементів у межах марочного складу. Температуру в зоні зварювання та тиск від інструмента на кромки зварного з’єднання визначали за допомогою спеціально розробленого дослідного стенда. Силу притискання робочого інструмента до основного металу під час зварювання вимірювали за допомогою динамометра типу ДС-0,1 з індикаторною головкою. Результати. У процесі досліджень за різних співвідношень частоти обертання робочого інструмента та нормального притискання до з’єднуваних кромок визначений ступінь розігріву металу, а також якість формування зварного з’єднання. З’ясований вплив технологічних параметрів процесу ЗТП на температуру розігріву металу в зоні дії заплечика робочого інструмента. Наукова новизна. З експериментальних досліджень було визначено, що температура в зоні зварювання залежить від швидкості обертання робочого інструмента та величини його тиску на зварюваний метал. Збільшення частоти обертання інструмента дозволяє зменшувати його тиск, що дає змогу більш ефективно та якісно проводити процес зварювання. Встановлена можливість отримувати більш якісні зварні з’єднання за температури, яка приблизно дорівнює 0,7Тпл, визначений оптимальний діапазон температур у зоні зварювання. Практична значимість. Визначені умови досягнення ефекту постійного пом’якшення під час зварювання тертям із перемішуванням та оптимальні температури в зоні зварювання для досліджуваного сплаву. Здійснений розрахунок основних технологічних параметрів робочого інструмента та визначений їх вплив на генерування теплової енергії в зоні зварювання. На основі теплового аналізу процесу зварювання розроблена методика визначення технологічних параметрів робочого інструмента та частоти його обертання залежно від товщини зварюваного металу.
RU: Цель. Исследование предусматривает усовершенствование методики определения оптимальной величины радиуса заплечика специального инструмента при сварке трением с перемешиванием (СТП) сплавов на основе алюминия и его изменение в зависимости от изменения толщины основного металла. Методика. Процесс сварки трением с перемешиванием выполнялся на специально разработанном оборудовании. Материалом для исследований были пластины толщиной 1,85 мм из сплава алюминия АМг3 с химическим содержанием легирующих элементов в пределах марочного состава. Сварочный инструмент изготавливался с использованием быстрорежущей стали марки Р9 и подвергался специальной термообработке. Температуру в зоне сварки и давление от инструмента на кромки сварного соединения определяли с помощью специально разработанного исследовательского стенда. Сила прижима рабочего инструмента к основному металлу при сварке измерялась с помощью динамометра типа ДС-0,1 с индикаторной головкой. Результаты. В процессе исследований при различных соотношениях частоты вращения рабочего инструмента и нормального прижима к соединительным кромкам определили степень разогрева металла, а также качество формирования сварного соединения. Определили влияние технологических параметров процесса СТП на температуру разогрева металла в зоне действия заплечика рабочего инструмента. Научная новизна. Из экспериментальных исследований было определено, что температура в зоне сварки зависит от скорости вращения рабочего инструмента и величины его давления на свариваемый металл. Увеличение частоты вращения инструмента позволяет уменьшать его давление, что дает возможность более эффективно и качественно проводить процесс сварки. Установлена возможность получать более качественные сварные соединения при температуре, примерно равной 0,7 Тпл, определен оптимальный диапазон температур в зоне сварки. Практическая значимость. Определены условия достижения эффекта постоянного смягчения при сварке трением с перемешиванием и оптимальные температуры в зоне сварки для исследуемого сплава. Осуществлен расчет основных технологических параметров рабочего инструмента и определено их влияние на генерирование тепловой энергии в зоне сварки. На основе теплового анализа процесса сварки разработана методика определения технологических параметров рабочего инструмента и частоты его вращения в зависимости от толщины свариваемого металла.
UK: Мета. Дослідження передбачає удосконалення методики визначення оптимальної величини радіуса заплечика спеціального інструмента під час зварювання тертям із перемішуванням (ЗТП) сплавів на основі алюмінію та його зміну залежно від зміни товщини основного металу. Методика. Процес зварювання тертям із перемішуванням виконаний на спеціально розробленому обладнанні. Матеріалом для досліджень були пластини товщиною 1,85 мм зі сплаву алюмінію АМг3 з хімічним вмістом легувальних елементів у межах марочного складу. Температуру в зоні зварювання та тиск від інструмента на кромки зварного з’єднання визначали за допомогою спеціально розробленого дослідного стенда. Силу притискання робочого інструмента до основного металу під час зварювання вимірювали за допомогою динамометра типу ДС-0,1 з індикаторною головкою. Результати. У процесі досліджень за різних співвідношень частоти обертання робочого інструмента та нормального притискання до з’єднуваних кромок визначений ступінь розігріву металу, а також якість формування зварного з’єднання. З’ясований вплив технологічних параметрів процесу ЗТП на температуру розігріву металу в зоні дії заплечика робочого інструмента. Наукова новизна. З експериментальних досліджень було визначено, що температура в зоні зварювання залежить від швидкості обертання робочого інструмента та величини його тиску на зварюваний метал. Збільшення частоти обертання інструмента дозволяє зменшувати його тиск, що дає змогу більш ефективно та якісно проводити процес зварювання. Встановлена можливість отримувати більш якісні зварні з’єднання за температури, яка приблизно дорівнює 0,7Тпл, визначений оптимальний діапазон температур у зоні зварювання. Практична значимість. Визначені умови досягнення ефекту постійного пом’якшення під час зварювання тертям із перемішуванням та оптимальні температури в зоні зварювання для досліджуваного сплаву. Здійснений розрахунок основних технологічних параметрів робочого інструмента та визначений їх вплив на генерування теплової енергії в зоні зварювання. На основі теплового аналізу процесу зварювання розроблена методика визначення технологічних параметрів робочого інструмента та частоти його обертання залежно від товщини зварюваного металу.
RU: Цель. Исследование предусматривает усовершенствование методики определения оптимальной величины радиуса заплечика специального инструмента при сварке трением с перемешиванием (СТП) сплавов на основе алюминия и его изменение в зависимости от изменения толщины основного металла. Методика. Процесс сварки трением с перемешиванием выполнялся на специально разработанном оборудовании. Материалом для исследований были пластины толщиной 1,85 мм из сплава алюминия АМг3 с химическим содержанием легирующих элементов в пределах марочного состава. Сварочный инструмент изготавливался с использованием быстрорежущей стали марки Р9 и подвергался специальной термообработке. Температуру в зоне сварки и давление от инструмента на кромки сварного соединения определяли с помощью специально разработанного исследовательского стенда. Сила прижима рабочего инструмента к основному металлу при сварке измерялась с помощью динамометра типа ДС-0,1 с индикаторной головкой. Результаты. В процессе исследований при различных соотношениях частоты вращения рабочего инструмента и нормального прижима к соединительным кромкам определили степень разогрева металла, а также качество формирования сварного соединения. Определили влияние технологических параметров процесса СТП на температуру разогрева металла в зоне действия заплечика рабочего инструмента. Научная новизна. Из экспериментальных исследований было определено, что температура в зоне сварки зависит от скорости вращения рабочего инструмента и величины его давления на свариваемый металл. Увеличение частоты вращения инструмента позволяет уменьшать его давление, что дает возможность более эффективно и качественно проводить процесс сварки. Установлена возможность получать более качественные сварные соединения при температуре, примерно равной 0,7 Тпл, определен оптимальный диапазон температур в зоне сварки. Практическая значимость. Определены условия достижения эффекта постоянного смягчения при сварке трением с перемешиванием и оптимальные температуры в зоне сварки для исследуемого сплава. Осуществлен расчет основных технологических параметров рабочего инструмента и определено их влияние на генерирование тепловой энергии в зоне сварки. На основе теплового анализа процесса сварки разработана методика определения технологических параметров рабочего инструмента и частоты его вращения в зависимости от толщины свариваемого металла.
Description
S. Plitchenko: ORCID 0000-0002-0613-2544
Keywords
friction stir welding, thermal energy, working tool, welding modes, aluminium alloys, optimum temperature, зварювання тертям із перемішуванням, теплова енергія, робочий інструмент, режими зварювання, сплави на основі алюмінію, оптимальна температура, сварка трением с перемешиванием, тепловая энергия, рабочий инструмент, режимы сварки, сплавы на основе алюминия, оптимальная температура, КПММ
Citation
Plitchenko, S. O. Procedure for Determining Process Characteristics of Friction Stir Welding / S. O. Plitchenko // Наука та прогрес транспорту. – 2018. – № 3 (75). – P. 95–104. – DOI: 10.15802/stp2018/133168.