In this paper, friction welded joints were constructed to investigate the mechanical properties of welded 15-mm diameter solid bars of Mg alloy (AZ31B). The main friction welding parameters were selected to endure reliable quality welds on the basis of visual examination, tensile tests, impact energy test, Vickers hardness surveys of the bonds in the area and heat affected zone (HAZ), and macrostructure investigations. The study reached the following conclusions. The tensile strength of the friction welded materials (271 MPa) was increased to about 100% of the AZ31B base metal (274 MPa) under the condition of a heating time of 1 s. The metal loss increased lineally with an increase in the heating time. The following optimal friction welding conditions were determined: rotating speed (n) = 2000 rpm, heating pressure (HP) = 35 MPa, upsetting pressure (UP) = 70 MPa, heating time (HT) = 1 s, and upsetting time (UT) = 5 s, for a metal loss (Mo) of 10.2 mm. The hardness distribution of the base metal (BM) showed HV55. All of the BM parts showed levels of hardness that were approximately similar to friction welded materials. The weld interface of the friction welded parts was strongly mixed, which showed a well-combined structure of macro-particles without particle growth or any defects. In addition, an acoustic emission (AE) technique was applied to derive the optimum condition for friction welding the Mg alloy nondestructively. The AE count and energy parameters were useful for evaluating the relationship between the tensile strength and AE parameters based on the friction welding conditions.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.19
no.2
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pp.84-92
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2023
As temporary storage facilities for spent nuclear fuels in domestic nuclear power plants are expected to be saturated, external intermediate storage facilities would be required in the future. Spent nuclear fuels are stored in metal canisters and then placed in a dry environment within concrete or metal casing for operation. In the United States, the dry storage method for spent nuclear fuels has been operated for an extended period. Based on the corrosion experiences of dry storage canisters in chloride environments, numerous studies have been conducted to reduce corrosion in welds. With the construction of intermediate storage facilities in Korea for spent nuclear fuels expected near coastal areas adjacent to nuclear power plants, there is a need for research on the corrosion occurrence of welds and mitigation methods for canisters in chloride environments. In this paper, we measured and compared the residual stresses in the Heat-Affected Zones (HAZ) after electron beam welding (EBW) and gas tungsten arc welding (GTAW) processes for candidate materials such as 304L, 316L, and duplex stainless steel(DSS). We investigated the possibility of microstructure control through the application of surface modification processes using friction stir processing (FSP). Corrosion tests on each welded specimen revealed a higher corrosion rate in EBW welds compared to GTAW. Furthermore, it was confirmed that corrosion resistance improved due to phase refinement and redistribution of precipitates when FSP was applied.
In this study, the microstructure and mechanical properties of spot friction stir welded A 5052 alloy were investigated. Especially, the effect of insertion depth of welding tool on microstructural changes and mechanical properties was investigated in order to obtain the optimum spot friction stir welding condition. The lap shear load of spot friction stir welded A 5052 alloy plates showed lower value at the shallowest insertion depth and increased with tool insertion depth. At 1.6mm, the maximum value of 3.35 kN was obtained, and then dropped to lower load when the insertion depth was deeper. Spot friction stir welded joints showed shear fracture mode at shallower insertion depths and fracture mode changed to plug fracture mode as the insertion depth was deeper.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.17
no.2
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pp.93-103
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1981
It is well-known that nowadays heat resisting and anti-corrosive materials have been widely used as the components materials of gas turbines, nuclear power plants and engines etc. In the fields of machine production industry. And materials for engine components, like as the exhaust valve of internal combustion engine, have been required to operate under the high temperature range of $700^{\circ}C$-$800^{\circ}C$ and high pressured gas with repeated mechanical load for the high performance of engines. For these components, friction welding for bonding of dissimilar steels can be applied for in order to obtain process shortening, production cost reduction and excellent bonding quality. And age hardening recently has been noticed to the heat resisting materials for further strengthening of high temperature strength, especially high temperature fatigue strength. However, it is difficult to find out any report concerning the effects of age hardening for strengthening high temperature fatigue strength to the Friction welded heat resisting and anti-corrosive materials. In this study the experiment was carried out as the high temperature rotary bending fatigue testing under the condition of $700^{\circ}C$ high temperature to the friction welded domestic heat resisting steels, SUH3-SUS303, which were 10hr., 100hr. aging heat treated at $700^{\circ}C$ after solution treatment 1hr. at $1, 060^{\circ}C$ for the purpose of observing the effects of the high temperature fatigue strength and fatigue fracture behaviors as well as with various mechanical properties of welded joints. The results obtained are summarized as follows: 1) Through mechanical tests and micro-structural examinations, the determined optimum welding conditions, rotating speed 2420 rpm, heating pressure 8kg/mm super(2), upsetting pressure 22kg/mm super(2), the amount of total upset 7mm (heating time 3 sec and upsetting time 2 sec) were satisfied. 2) The solution treated material SUH 3, SUS 303, have the highest inclination gradient on S-N curve due to the high temperature fatigue testing for long time at $700^{\circ}C$. 3) The optimum aging time of friction welded SUH3-SUS 303, has been recognized near the 10hr. at $700^{\circ}C$ after the solution treatment of 1hr. at $1, 060^{\circ}C$. 4) The high temperature fatigue limits of aging treated materials were compared with those of raw material according to the extender of aging time, on 10hr. aging, fatigue limits were increased by SUH 3 75.4%, SUS 303 28.5%, friction welded joints SUH 3-SUS 303 44.2% and 100hr. aging the rates were 64.9%, 30.4% and 36.6% respectively. 5) The fatigue fractures occurred at the side of the base matal SUS303 of the friction welded joints SUH 3-SUS 303 and it is difficult to find out fractures at the friction welding interfaces. 6) The cracking mode of SUS 303, SUH 3-303 is intergranular in any case, but SUH 3 is fractured by transgranular cracking.
Joint strength of spot friction welded 5J32 Al alloy were investigated according to the tool shape and the tool penetration depth. General spot friction stir welding tool consists of a shoulder having bigger diameter and a threaded pin projected from the shoulder, which resulted in the generation of large up-lifting of upper plate around the weld nugget because of the deeper penetration and the severe stirring effect of threaded pin. Two kinds of welding tools without the threaded pin were used to avoid the distortion and improve the joint strength. One was a simple cylindrical shape and the other was cylindrical shape with small projection. Therefore, the process was named as spot friction welding comparing to spot friction stir welding because spot friction welding don't use a stirring effect. Using the cylindrical shape tool with small projection, the up-lifting of upper plate were avoided and joint strength were superior to that of the joint using simple cylindrical shape tool. At the 0.5mm of too penetration depth using cylindrical tool with small projection, nugget pull fracture mode can be observed and shear fracture mode were dominant at the rest conditions.
P.E.B (Pre-Engineering Building) system means an economical system, which designs and uses optimal section proportion of tapered members according to the magnitude of bending moment. However, it is hard to adjust the friction type bolted joint in the joint of tapered member in the P.E.B system. End-plate connection is mainly used in this system due to that difficulty. Because P.E.B system has end-plate vertical defacts by heat welding deformation, a gap between end-plates and rafter or rib can be observed. In this study, an examination of construction stability was throughly performed and analyzed by the investigation of permissible internal force of bolts in end-plate connections under the bending moment using the end-plate's initial connection-defect (gap).
Unlike field-welded moment frames damaged during the Northridge earthquake, a column-tree moment frame has a tool to control and reduce its seismic behavior. The tool is the girder splice. Girder splices could be designed to be sufficiently ductile and to have a prescribed bending moment capacity. In such a design, during earthquakes, the girder splices would act as ductile "fuses" and limit the magnitude of forces including the bending moment that could be developed in the frame. In Korea, most moment frames arc composed of a column-tree moment frame. Therefore, the elasto-plastic behavior of steel beams with high strength bolted friction splice should be clarified. Furthermore, structural capacities, including energy absorption capacity, must be quantitatively found. This paper discusses an experimental study to clarify elasto-plastic behavior of steel beams with high strength bolted friction splices. A total of 5 specimens were tested. A specimen was fabricated to have a beam splice designed by a full strength method. Other specimens were fabricated to have beam splices with 75%, 50% and 0% capacities compared with the specimen.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.14
no.2
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pp.79-87
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1978
This is an experimental study on friction welding and heat treatment of engine exhaust valve materials whose welding combination is SCr4 as stem to 21-4N as head and SUH3 to 21-4N. In this study, not only the experiments of friction welding under the selected optimum welding condition and the examination of the mechanical properties were carried out, but also the heat treatment of friction welded specimens under the two selected conditions was taken to obtain the better welding character, eliminating the latent stress and the hardness peak which appeared at the welded zones of heat resisting steel(21-4N, SUH3) and low alloyed steel ($SCr_4$) friction weldments. The results obtained by the experiments and consideration in this study are as follows: I) It was experimentally proved quite reasonable that 'speed=3,OOO rpm, heating pressure Pl=8 kg/ mm2, upsetting pressure p, = 20 kg/mm', heating time $t_1$ = 3 see, upsetting time TEX>$t_2$ = 2.5 sec' was selected as the optimum welding condition for friction-welding the engine exhaust valve materials $SCr_4$ to 21-4 Nand SUH 3 to 21-4 N. 2) The results of the previous study and this one on friction welding of such dissimilar materials as SUH 3-SUH 31, SCr 4-SUH 31, SCr 4-SUH 3, SUH 3-CRK 22, SCr4-21-4 Nand SUH3-21-4 N agreed with each other substantially in the friction welding characteristics at welded interface zones. 3) It was also certified quite satisfactory that '600\ulcornerCX30 min. Xroom air cooling' as an optimum heat treatment condition of the friction welded materials SCr 4-21-4 Nand SUH 3-21-4 N was experimentally determined to eliminate the latent stress and the hardness peak at welded zones. 4) About 20% of the tensile strength before heat treatment of friction welded specimens was decreased after heat treatment 600\ulcornerCX30 min. Xair cooling, but the location of fracture was moved from heat affected zone to parent $SCr_4$ & SUH3. 5) Microscopic examination of the weld joints friction-welded and heat-treated under the above mentioned conditions revealed that the weld zone is very narrow and has a fine grained intermixed structure without any welding defects. 6) The above mentioned conditions can be also utilized as friction welding parameters of the other dissimiar materials for engine valve production.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.17
no.4
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pp.100-106
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1993
A study on optimizing the friction welding of copper(C1100) to aluminium(A1050) for developing the electrical sleeve was experimentally carried out and also on real-time nondestructive evaluation of the friction weld quality (strength) was accomplished by acoustic emission technique. The results obtained are summarized as the following ; 1) The heating upset $U_1$(mm) or total upset U(mm) tends to increase according to the increase of heating time $t_1$(sec). The relations between $U_1$ and $t_1$ or U and $t_1$are computed as follows when n=2000rpm, $P_1$=4, $P_2$=8kgf/$mm^2$, and $t_2$=6sec. U=1.6$e^{0.39t_1}$$U_1$=3.65$e^{0.25t_1}$. 2) It was notified that the proper welding conditions by considering on both strength with more than 100% joint effieciency and toughness are heating time of 1.5-2.25 sec under n=200rpm, $P_1$=4, $P_2$=8kgf/$mm^2$, $t_2$=6sec. 3) It was confirmed that both AE total counts(N, counts) and the weld tensile strength (${\sigma}$, kgf/$mm^2$) of the welded joints increase as the increase of heating time, respectively, the relations between N and $t_1$, ${\sigma}$ and $t_1$ are computed from data points by regression analysis using the least square method as follows in case of the above proper condition ; N=50108+23917(ln $t_1$)${\sigma}$$=11.85+2.06(ln $t_1$). 4) Both empirical and calcularated equations of relationship between .sigma. and N are very coincident with a high reliability, as the following in case of the above proper welding condition ; Calculated : ${\sigma}$=0.00008N+7.5 Empirical :${\sigma}$= $8.17e^{0.0000072N}$. 5) It was confirmed that the real-time nondestructive weld strength evaluation for friction welding of copper(C1100) to aluminium(A1050) could be possible by acoustic emission technique.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.11
no.3
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pp.65-71
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2002
Friction welding has may merits such as energy efficiency, simple processing, etc. but it is difficult to obtain good welding at the welded interfaces and heat affected zone. It is discovered that stress singularity exists at the interferes and heat affected zone. The computer program based on boundary element method is utilized in this study. A mathematical model is implemented based on results from several experiments performed at and around the welded interfaces and heat affected zone of disimilar metals under static and dynamic loadings. This stay is to investigate the characteristics of the deformation and fracture behavior around interfaces for friction welded materials under static tensile load. Also, the stress distribution at the tip of crack is analyzed by using BU based on Kelvin's solution of 2-dimensional binding zone. The results of BEM are identical with those in case of considering interfaces of both heat affected zone. Also, stress singularity at the tip of interfaces appears when the elastic modulus ratio is 1.07.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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