Friction stir welding has become a viable and important manufacturing alternative or fabrication component, especially in aerospace and automobile applications involving aluminium alloys. In recent years, there is an increasing interest for FSW of dissimilar metals and alloys, particularly systems which are difficult to weld by conventional, thermal (or fusion) welding. In this study we tried to analyse the complex heat distribution occurring in TIG assisted FSW of dissimilar butt joint (STS304 and Al6061). For this, an analytical model for heat generation by FSW based on contact conditions has been developed. The heat input was calculated considering the coefficient of friction and slip factor between each work piece material with the tool material. The thermal model is used to generate the temperature characteristics curve, which successfully predicts the maximum welding temperature in each alloys. The analysis was carried out using the in-house solver.
Three-dimensional finite element analysis is performed to study the temperature distribution phenomenon of TIG assisted friction stir welding (TAFSW) between dissimilar plates (Al 6061-T6 and stainless steel 304). TAFSW is a solid-state welding process that integrates TIG (Tungsten Inert Gas) into a friction stir welding (FSW), to preheat the harder material ahead of FSW tool during welding. In order to facilitate the industrial application of welding, 3D numerical modeling of heat transfer has been carried out applying Finite Element Method (FEM). The temperature distribution due to heat generation during TAFSW on dissimilar materials joint is analysed using in-house solver. Moving heat source along with frictional heat between the work specimens and tool surface is considered to calculate the heat input. The analytical model used predicts successfully the maximum welding temperatures that occur on the dissimilar materials during TAFSW. Comparison with the infra red camera and thermocouple measurement results shows that the results from the current numerical simulation have good agreement with the measured data.
Taheri-Behrooz, Fathollah;Aliha, Mohammad R.M.;Maroofi, Mahmood;Hadizadeh, Vahid
Steel and Composite Structures
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v.28
no.6
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pp.759-766
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2018
Friction Stir Welding (FSW) is a solid-state process, where the objects are joined together without reaching their melting point. It has been shown that this method is a suitable way to join dissimilar aluminium alloys. The current article employed hole drilling technique to measure the residual stress distribution experimentally in different zones of dissimilar aluminium alloys AA6061-T6 and AA7075-T6 Butt welded using FSW. Results are compared with those of similar AA6061-T6 plates joined using a conventional fusion welding method called tungsten inert gas (TIG). Also, the evolution of the residual stresses in the thickness direction was investigated, and it was found that the maximum residual stresses are below the yield strength of the material in the shoulder region. It was also revealed that the longitudinal residual stresses in the joint were much larger than the transverse residual stresses. Meanwhile, Vickers micro hardness measurements were performed in the cross-section of the samples. The largest hardness values were observed in the stir zone (SZ) adjacent to the advancing side whereas low hardness values were measured at the HAZ of both alloys and the SZ adjacent to the retreating side.
MIG or TIG welding has been the most popular welding process for joining aluminum alloy structures. However, porosity, hot crack and distortion were serious problems in inert gas fusion welding. Since FSW(Friction Stir Welding) was invented by TWI in 1991, it has been the powerful candidate for solving the problems of inert gas welding. In this paper, the principle and characteristics of FSW is introduced and its application to rolling stocks is presented to make basis for future development in production technology of aluminum rolling Stocks.
This paper aimed to study and understand the mechanical phenomena of thermal elasto-plastic behavior on the dissimilar butt joint (Al 6061-T6 and STS304) by TIG assisted Friction Stir Welding. Heat conduction and residual stress analysis is carried out using in-house solver. Two-dimensional results of the heat distribution and residual stresses in dissimilar joint for particular tool geometry and material properties are presented. The predicted stress along longitudinal direction in Al 6061-T6 and STS304 are approximately between 12-15% of their respective yield strengths. A comparison is made between experimentally measured and numerically predicted equivalent residual stress values.
마찰교반접합(FSW, Friction Stir Welding)은 영국 TWI에 의해 1991년에 개발되어 특허가 출원된 후 90년대 중반부터 산업에 적용되었으며, 짧은 시간동안에 실용화가 이루어졌다. 이 기술이 적용되기 전, Al 합금의 접합은 MIG(Metal Inert Gas)나 TIG(Tungsgten Inert Gas)와 같은 접합이 주로 이용되어 왔으나, 이들 접합기술은 접합부의 표면문제, 변형, 결함 등으로 인하여 Al 합금의 구조물 적용에 큰 문제점이 야기되어왔다. (중략)
Park, Hee-Sang;Choi, Man-Young;Park, Jung-Hak;Lee, Young-Ho;Choi, Won-Young;Ko, Jun-Bin;Choi, Won-Doo
Proceedings of the KWS Conference
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2009.11a
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pp.67-67
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2009
알루미늄 합금 재질은 무게의 경량화와 기계적강도가 우수하며 다른 비철금속에 비하여 값이 저렴한 장점이 있다. 현재 산업현장에서 활용하는 가장 흔한 접합법으로 TIG, RSW 등과 같은 용융 용접법을 현재는 많이 사용 하고 있지만 열전도도가 높아 열 확산이 빠르고, 이에 따라 모재의 팽창이 일어나 열변형을 유발하며, 산화피막은 그 내부에 함유된 결정수가 아크용접 중 분해되어 수소를 방출함으로 기공이 발생하여 부도체로 저항용접시 전도성을 방해하는 등의 문제를 발생시킨다. 또한 철에 비해 4배정도 큰 전기전도율에 따라 저항용접시 대전류를 사용해야 하는 등의 문제점이 발생하고 있다. 이와 같은 알루미늄 합금의 용융용접 과정에서 발생하는 단점을 극복하는 기술로 고상접합 방법인 마찰교반용접법(Friction Stir Welding)이 활용되고 있다. FSW는 1991년 영국의 TWI에서 개발된 최신 용접법으로 모재를 용융점 아래에서 고상용접시키는 방법으로 용융에 따른 열변형과 흄가스(hume gas)와 스패터(spatter)를 억제시켜 주는 친환경적인 용접법이다. 이러한 마찰교반용접의 기술은 그동안 특허에 따른 로열티가 산업현장에서 사용하는데 문제가 되었으나 특허보호 기간인 20년이 1년정도의 기간밖에 남지 않은 상황에서 그 사용은 날로 증가하리라 본다. 이러한 마찰교반용접부의 결함을 평가하는 방법에는 UT, RT 등이 활용되고 있으나 얇은 박판에서의 결함검출은 용이하지 않다. 이리한 문제점을 해결하기위하여 초음파 가진을 이용한 적외선 열화상 검출 기법을 이용하여 마찰교반용접부의 결함 검출 가능성을 연구하였다. 20kHz의 주파수를 400Watt로 가진시켜 겹치기(lap joint) 마찰교반용접이된 A6061-T6의 용접부에 초음파를 입사하였을 때 발생하는 열을 적외선 열화상 카메라를 이용하여 측정함으로써 마찰교반겹치기 용접부의 결함 검출에 활용하였다. 용접부에 초음파를 입사하였을 때 부분적으로 온도차이가 발생하였고, 그에 따른 열화상을 검출 할 수 있었다. 이러한 열화상과 실제 시험편의 용접부의 강도를 평가하기 위하여 인장시험을 하였다. 그 결과 초음파 적외선 열화상 검출에서 발열부위가 나타난 부분이 인장시험에서 낮은 인장강도를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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