Łączenie doczołowe cienkich blach ze stopów tytanu metodą zgrzewania tarciowego z przemieszaniem (FSW). Butt welding of thin titanium sheets using friction stir welding (FSW) technology
Journal Title: Obróbka Plastyczna Metali - Year 2018, Vol 29, Issue 3
Abstract
Publikacja dotyczy analizy charakterystyki dynamicznej procesu FSW opartego na efekcie uplastycznienia łączonych elementów ze stopów tytanu i efektu ich wymieszania 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. 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 compared to parent material.
Authors and Affiliations
Grzegorz Luty, Romana Ewa Śliwa, Piotr Myśliwiec, Tomasz Gałaczyński
Keywords
Related Articles
- EP ID EP453943
- DOI -
- Views 27
- Downloads 0
Łączenie doczołowe cienkich blach ze stopów tytanu metodą zgrzewania tarciowego z przemieszaniem (FSW). Butt welding of thin titanium sheets using friction stir welding (FSW) technology
Publikacja dotyczy analizy charakterystyki dynamicznej procesu FSW opartego na efekcie uplastycznienia łączonych elementów ze stopów tytanu i efektu ich wymieszania w strefie zgrzewania ze szczególnym uwzględnieniem spec...
Wpływ regulowanego azotowania gazowego na właściwości wytrzymałościowe materiałów spiekanych. The influence of regulated gas nitriding on strength properties of sintered materials.
Rynek odbiorców materiałów spiekanych na bazie żelaza ciągle się rozszerza. Zazwyczaj części spiekane z powodzeniem zastępują elementy produkowane dotychczas metodą odlewania, kucia lub obróbki ubytkowej. Głównym odbiorc...
Badania tribologiczne i biotribologiczne w Laboratorium Inżynierii Powierzchni i Tribologii Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Obróbki Plastycznej. Tribological and biotribological research in the Laboratory of Surface Engineering and Tribology of Łukasiewicz Research Network – Metal Forming Institute.
W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań, które są efektem realizowanych w Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytucie Obróbki Plastycznej zarówno projektów krajowych, jak i międzynarodowych, dotyczących tematyki tribo...
Analiza budowy strefy stopowanej laserowo borem w żeliwie sferoidalnym z wykorzystaniem metody spektroskopii elektronów Auger (AES). The analysis of the laser alloyed zone with boron in nodular iron with use of Auger Electron Spectroscopy (AES) method.
Artykuł dotyczy problematyki związanej z modyfikacją warstwy wierzchniej żeliwa szarego za pomocą laserowej obróbki cieplnej (LOC) przede wszystkim w celu zwiększania odporności na zużycie tribologiczne fragmentów części...
Wpływ odległości między ścieżkami hartowniczymi na własności stali stopowych
W niniejszym artykule opisano sposób hartowania powierzchniowego stali narzędziowych (X210Cr12 oraz 42CrMo4) przy pomocy lasera diodowego dużej mocy (HPDL) firmy ROFIN-SINAR Laser GmbH. W pierwszej części artykułu przeds...