대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.505-510
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2002
The Friction Stir Welding (FSW) is a new joining method that was developed at The Welding Institute (TWI) in England in 1991. It applied heating by the rotational friction and material plastic flow. It was developed as a new joining method to solve the problems of epochally in the welding of Al alloys. In the study, 6000series of Alloy composed of AI-Mg-Si, one of the Al alloys that are utilized for shipbuilding and construction, is selected as a specimen and the numerical is executed against the welded zone of FSW. The material used in this study had the unique properties of strength and anti-corrosion, but since the welded joint of this material is easily softened by the welding heat, FSW is executed and the numerical analysis is carried out around the joint. To examine the mechanical behaviors and properties, F.E.M analysis is executed and the developed thermal-elastic-plastic [mite analysis are used.
A study off riction welding of high speed steel(SKH 51) bar for blade side to carbon steel(STC 3)bar for shank side was carried out experimentally through tensile test, hardness test, microstructure, and acoustic emission (AE) test. So, this paper deals with optimizing the welding conditions and the real-time quality (strength) evaluation of friction weleded joints by acoustic emission technique. The results obtained are summarized as follows: (1) For friction welded joints of SKH 51to STC 3 steel bars, the total upset (U) increases linearly with an increase of heating time (t sub(1)). (2) The determined optimum welding conditions are heating time (t sub(1)) 7-9 sec, upsetting time (t sub(2)) 5 sec, heating pressure(P sub(1)) 12 kg sub(f)mm supper(2), upsetting pressure (P sub(2)) 15 kg sub(f) mm supper(2) and rotating speed (n) 2, 000 rpm, resulting in a computed relationship between the tensile strength of the joint .sigma. (kg sub(f) mm supper(2)) and the heating time t sub(1) (sec) as the following. sigma.=2.39t sub(1)
Friction Stir Welding (FSW) is a complex process with several mutually interdependent parameters. A slight difference from known settings may lead to imperfections in the stirred zone. These inhomogeneities affect on the mechanical properties of the FSWed joints. In order to prevent the failure of the welded joint it is necessary to detect the most critical defects non-destructive. Especially critical defects are wormhole and lack of penetration (LOP), because of the difficulty of detection. Online thermography is used process-accompanying for defect detecting. A thermographic camera with a fixed position relating to the welding tool measures the heating-up and the cool down of the welding process. Lap joints with sound weld seam surfaces are manufactured and monitored. Different methods of evaluation of heat distribution and intensity profiles are introduced. It can be demonstrated, that it is possible to detect wormhole and lack of penetration as well as surface defects by analyzing the welding and the cooling process of friction stir welding by passive online thermography measurement. Effects of these defects on mechanical properties are shown by tensile testing.
Magnesium alloy has been known as lightweight material in automobile and electronic industry with aluminum alloy, titanium alloy and plastic material. Friction welding is useful to join various metals and nonferrous metals that are difficult to join by such as gas welding, resistance welding and electronic beam welding. In this study, friction joining was performed to investigate mechanical properties of Mg alloy with 20mm diameter solid bar. Also the optimal joining conditions for its application were determined on the basis of tensile test, and hardness survey. The joining parameters were chosen as heating pressure, heating time, upsetting pressure, and upsetting time. Heating and upsetting pressure were executed under the range of 10~40MPa and 20~80MPa, respectively. From the experimental results, optimal joining conditions were determined as follows; rotating speed=2000rpm, heating pressure=35MPa, upsetting pressure=70MPa, heating time=1sec, upsetting time=5sec. Also the hardness of jointed boundary showed as HV50 which was similar to that of base metal at the optimal condition, and it was supposed that zone of HAZ was 8mm. Finally two materials were strongly mixed at interface part to show a well-combined microstructure without particle growth or any defect.
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.
Clearances are essential for the assemblage of mechanisms to allow the relative motion between the joined bodies. This clearance exists due to machining tolerances, wear, material deformations, and imperfections, and it can worsen the mechanism performance when the precision and smoothly-working are intended. Energy is a subject which is less paid attention in the area of clearance. The effect of the clearance on the energy of a flexible slider-crank mechanism is investigated in this paper. A clearance exists in the joint between the slider and the coupler. The contact force model is based on the Lankarani and Nikravesh model and the friction force is calculated using the modified Coulomb's friction law. The hysteresis damping which has been included in the contact force model dissipates energy in clearance joints. The other source for the energy loss is the friction between the journal and the bearing. Initial configuration and crank angular velocity are changed to see their effects on the energy of the system. Energy diagrams are plotted for different coefficients of friction to see its influence. Finally, considering the coupler as a flexible body, the effect of flexibility on the energy of the system is investigated.
Friction stir welding using aluminum alloys has been widely applied for transportation vehicles because of the light specific weight, which can be used to obtain sound joint and high mechanical properties. This study shows the effects of rotation speed, welding speed, welding load, and tool shape on defect formation with extruded AA6005, which is used for railway vehicle structures of non-uniform thickness welded by friction stir welding using load control systems. Optical microscopy observations and liquid penetrant testing of each FSW joint were carried out in order to observe defect formation. Two kinds of defects, that of probe wear and that of lack of penetration in the bottom of the welded zone, were observed. In the case of using a taper shaped tool, the defect free zone is very narrow, within 100 kgf; however, in case of using a cylindrical shape tool, the defect free zone is wider.
Recently, friction stir welding of dissimilar materials are one of the biggest issues in terms of light-weight and eco-friendly technology of the automotive, aircraft and ship industry. In this study, friction stir welding of dissimilar materials is introduced with different tool rotational speed. Materials used in experimentation consist of A357 gravity cast aluminum alloy and FB590 high-strength steel plates. Dissimilar materials of plate type are fabricated with width of 150mm, length of 300mm and thickness of 3mm and welding is carried out by the lap joint method. The correlation between probe length and mechanical properties were investigated according to rotational speed and welding speed at tool tilt angle 0 degree. Consequently, feasibility of FSWed dissimilar materials were successfully presented in case of cast aluminum and high-strength steel at lap joint method.
A copper-tungsten sintered alloy(Cu-W) has been friction welded to a tough pitch copper in order to investigate the effect of friction pressure on bonding strength and a charicteristic of fracture. The tensile strength of the friction welded joint was increased up to 90% of the Cu base metal under the condition of friction time 1.2 sec, friction pressure 4.5kgf/$\textrm{mm}^2$ and upset pressure 10kgf/$\textrm{mm}^2$. From the results of fracture surface analysis, the increase of friction pressure could remarkably decrease the force and the time to be normally acted on weld interface. The W particles which were included in the plastic zone of Cu side could induce fracture adjacent to the weld interface because their existance in Cu induces a decrease in available section area and an increase in notch effect. Therefore, the tensile strength was decreased at high friction pressure (6kgf/$\textrm{mm}^2$) because the destruction of W was increased by an increase in mechanical force and crack was formed at weld interface.
The complete joining method for dissimilar press punch materials and its real-time evaluation method is not available at present. Brazing method has been used for joining them, but it is known that the welded joint by the brazing has the lower bonding efficiency and reliability than the diffusion welding. The friction welding with a diffusion mechanism in bonding was applied in this study. This work was carried out to determine the proper friction welding conditions and to analyze mechanical properties of friction welded joints of sintered carbide tool materials (SKNM50 for the blade part of press punch) to alloy steel (SCM440 for the shank part of press punch) using aluminum (A6061 for the interlayer material) as an insert material between the sintered carbide tool materials and the alloy steel. In addition, acoustic emission test was carried out during friction welding to evaluate the weld quality.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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