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 42
- Downloads 0
Ocena wielkości zużycia matrycy do kucia pierścieni synchronizatora na podstawie optycznego skanowania i badań metalograficznych. Wear analysis of die for forging of synchronizer rings based on optical scanning and metallographic examinations
W publikacji przedstawiono wyniki optycznego skanowania matrycy do kucia pierścieni synchronizatora typu 682 oraz badań metalograficznych, które przeprowadzono po eksploatacji matrycy. Matrycę wytworzono i eksploatowano...
Wytwarzanie struktury ultradrobnoziarnistej z wykorzystaniem koncepcji metody wyciskania bocznego wspomaganego tarciem. Achievement of an ultra-fine-grained structure using the concept of the friction-assisted lateral extrusion method.
W artykule przedstawiono wyniki badań profili wytworzonych metodą wyciskania bocznego wspomaganego tarciem na urządzeniu znajdującym się w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu. Metoda kształtowania polega na wyciska...
Badania walcowania pakietowego aluminium oraz tłoczenia próbek z materiału o strukturze ultra drobnej. Studies of accumulative roll bonding of aluminum and stamping of ultra-fine grain specimens of material.
W artykule przedstawiono wyniki walcowania pakietowego (ARB – Accumulative Roll Bonding) wyżarzonego, czystego technicznie aluminium o grubości 1,2 mm. Poprzez obróbkę wielokrotnego walcowania otrzymano próbki - taśmy o...
Plastyczne kształtowanie obrzeży otworów kołnierzowych w blachach tytanowych z wykorzystaniem termicznego efektu tarcia. Plastic forming of hole flange rims in titanium sheets using thermal effect of friction.
Odkształcalność tytanu i jego stopów w temperaturze otoczenia jest ograniczona, wymaga stosowania bardzo dużych nacisków oraz powoduje znaczne sprężynowanie wyrobów. Powszechnie stosowana jest zatem przeróbka plastyczna...
Wybrane własności mechaniczne wyciskanych i ciągnionych kompozytów Al-SiCp otrzymanych z proszków. Some mechanical properties of extruded and drawn powder metallurgy Al-SiCp composites.
Przedstawiono wyniki badań wpływu wielkości odkształcenia na zimno, zadanego podczas ciągnienia, na własności mechaniczne kompozytów na osnowie aluminium wzmacnianego cząstkami SiC. Materiały do badań wytworzono w proces...