The application of friction stir welding (FSW) technology has been extended to all industries, including shipbuilding. A heat transfer analysis evaluates the weldability of a welded work piece, and elasto-plastic analysis predicts the residual stress and deformation after welding. A thermal elasto-plastic analysis based on the heat transfer analysis results is most frequently used today. However, its application to large objects such as offshore structures and hulls is impractical owing to its long computational time. This paper proposes a new method, namely an equivalent strain method using the inherent strain, to overcome the disadvantages of the extended analysis time. In the present study, a residual stress analysis of FSW was performed using this equivalent strain method. Additionally, in order to reflect the external constraints in FSW, the reaction force was predicted using a neural network, Finally, the approach was verified by comparing the experimental results and thermal elasto-plastic analysis results for the calculated residual stress distribution.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.4
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pp.700-707
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2013
Owing to high oil prices and environmental issues, the automobile industry has conducted considerable research and made large investments to manufacture a high-efficiency automobiles. In the case of automobile wheels in which a lightweight material is used to increase the fuel efficiency a mold is used to increase the production efficiency; however, the use of the molding method for this purpose is very expensive. Therefore an automobile wheel consists of two parts. In this study a two-piece automobile wheel is manufactured by the friction stir welding(FSW) of Al6061-T6 to reduce the manufacturing cost and process complexity. The FSW welding tool geometry and rotational speed, and the feed rate are key factors that significantly affect the weld strength. Therefore tensile tests were conducted on specimens produced using various welding conditions, and the optimal FSW welding conditions were applied to manufacture aluminum wheels. To ensure reliability, prototype aluminum wheels were manufactured and their mechanical reliability and safety were evaluated using a durability test, fatigue durability test, and impact test. Through this study, aluminum wheel production was made possible using the FSW method.
Friction stir weldability of AZ31B-H24, AZ61A-F and AZ91C-F Mg alloys were studied using microstructural observation and mechanical tests. The microstructure of stir zone(SZ) was coarse in AZ31B-H24 alloy whereas it was very fine both in AZ61A-F and AZ91C-F alloys. The hardness of SZ was remarkably increased by very fine recrystallized grains both in AZ61A-F and AZ91C-F alloys. On the other hand, the hardness of SZ was decreased in AZ31B-H24 due to the coarse microstructure. In SZ, AZ91C-F alloy showed very high hardness values because of dispersion hardening of $Mg_{17}$Al$_{12}$($\beta$ phase) and Al solid solution hardening. Because of more $Mg_{ 17}Al_{12}($\beta$ phase)$ intermetallic compounds, Mg alloy with high Al content showed poor mechanical properties.s.
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.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.26
no.4
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pp.378-386
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2017
Friction stir welding was performed using six welding conditions to evaluate the mechanical properties and microstructure of the welded zone based on its temperature change in the extruded plate of magnesium alloy AZ61. The welded zone temperature was measured using a thermocouple, and the maximum temperature ranges for the advancing and retreating sides were approximately $210-315^{\circ}C$ and $254-339^{\circ}C$, respectively. Depending on the welding conditions, a temperature difference of more than $100^{\circ}C$ was observed. In addition, the maximum yield strength and maximum tensile strength of the welded component was 84.4% and 96.9%, respectively, of those of the base material. For the temperatures exceeding $300^{\circ}C$, oxidation defects occurred in the weld zone, which decreased the mechanical strength of the weld zone. The microstructure and texture confirmed that fracture occurred because of the grain size deviation of the welding tool and the severe anisotropy of the texture of the welded joints.
Kim, Jae-Yeon;Lee, Seung-Mi;Hwang, Jung-Woo;Byeon, Jai-Won
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.28
no.6
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pp.315-321
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2015
Friction stir processing (FSP) was applied to fabricate AZ31/CNT (Carbon Nano Tube) surface composite for improvement of surface hardness of AZ31 Mg-based alloy. The effects of traverse speed of rotating tool and volume fraction of CNT (i.e., groove depth of 3 mm and 4 mm) on the soundness and hardness of the composite layer were investigated. Multi-walled CNTs were fully filled in a machined groove and stirring tool was rotated at the speed of 1400 rpm. Only under the tool traverse speed of 25 mm/min for the specimen with a groove depth of 3 mm, surface composite layer with no defect was successfully produced. Increased hardness of about 35% was observed in the composite layer.
Purpose: Purpose of this study is to analyze the effect of particle size as well as number of pass on surface microstructure and hardness of SiC(p)/AZ31 surface composite fabricated by friction stir process (FSP). Method: SiC(p)/AZ31 surface composite containing different size of SiC particle (i. e., $2{\mu}m$ and $8{\mu}m$) was fabricated by multi-pass FSP. Microstructure was observed by scanning electron microscope and surface hardness was determined by Vickers hardness tester. Results: For all the FSPed specimens with and without hardening particles, grain size was refined due to dynamic recrystallization behavior. Surface hardness was observed to increase with decreasing particle size in the composite layer. Increasing number of FSP pass was effective for homogeneous distribution of the hardening particles and for resulting increase in surface hardness. Conclusion: FSP was effective to modify surface microstructure for improving surface hardness of SiC/AZ31 composite.
A5J32-T4 and A5052-H32 dissimilar aluminum alloy plates with thickness of 1.6 and 1.5 mm were welded by friction stir lap welding (FSLW). The FSLW were studied using different probe length tool and various welding conditions which is rotation speed of 1000, 1500 rpm and welding speed of 100 to 600 mm/min and material arrangement, respectively. The effects of plunge depth of tool and welding conditions on tensile properties and weld nugget formation. The results showed that three type nugget shapes such as hooking, void, sound have been observed with revolutionary pitch. This plunge depth and material arrangement were found to effect on the void and hooking formation, which in turn significantly influenced the mechanical properties. The maximum joint efficiency of the FSLWed plates was about 90% compared to base metal, A5052-H32 when the A5052-H32 was positioned upper plate and plunge depth was positioned at near interface between upper and lower plates.
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.
Kim, Jong-Woong;Lee, Won-Bae;Yeon, Yun-Mo;Jung, Seung-Boo
Proceedings of the KWS Conference
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2002.10a
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pp.516-521
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2002
A study was carried out to grow an understanding of the microstructural development of friction stir welds on an AZ91D magnesium alloy, and to evaluate the mechanical properties of the welds. AZ91D plates with the thickness of 4mm were used, and the microstructural development of the weld zone was investigated using optical and scanning electron microscopes. Square butt welding joint with good quality was obtained at the conditions of under 187mm/min of travel speed with 1100 to 1250 rpm of tool rotation speed. The microstructure within the weld region consisted of fine equiaxed grains with no evidence of the original dendritic structure. The hardness tests showed slightly increased harness in the weld region, and the minimum hardness measured is in that of the parent material. Tensile strength of the weld zone was remarkably improved due to very fine recrystallized structure. XRD pattern of weld zone revealed the removal of $\beta$ intermetallic compounds, $Mg_{17}$Al$_{12}$, which had been distributed in the base metal.l.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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