The properties of spot-welded joints produced by the FSSW and RFSSW methods

Praca przedstawia badania eksperymentalne łączenia stopów aluminium za pomocą punktowego zgrzewania tarciowego z przemieszaniem. Celem prowadzonych prób doświadczalnych było uzyskanie informacji jaki jest mechanizm zniszczenia złącza zakładkowego zgrzewanego tarciowo z przemieszaniem materiału, poddanego obciążeniu wywołującemu ścinanie. Ocenie poddano stosunek wytrzymałości złącz zgrzewanych do wytrzymałości materiału rodzimego wykonanych z zastosowaniem technologii zgrzewania punktowego (FSSW) oraz zgrzewania punktowego bezkraterowego (RFSSW). Zastosowanie zmodyfikowanego narzędzia do zgrzewania metodą RFSSW zmienia sposób tworzenia zgrzeiny, charakteryzującej się symetrycznym połączeniem, pozbawionym obszarów, w których występuje zmniejszenie gęstości stopu i tworzenia niesymetrycznego przejścia linii styku (retreating thinning). Zniszczenie połączenia występuje w obszarze materiału rodzimego w zakresie wytrzymałości odpowiadającej wytrzymałości materiału rodzimego. Cecha ta pozwala, przy właściwie zaprojektowanym rozmieszczeniu zgrzein, uzyskać pełną nośność złącza i zastąpić obecnie stosowane technologie łączenia punktowego za pomocą nitowania lub zgrzewania oporowego.This paper presents experimental research into joining aluminum alloys using friction stir spot welding. The goal of the experimental tests was to obtain information about failure mechanism of a friction stir spot welded overlap joint that is subject to shear load. The ratio of welded joint strength to base material strength was analyzed. The joints were created using friction stir spot welding (FSSW), and refill friction stir spot welding (RFSSW), technologies. The application of the modified tool to RFSSW changes the mechanism of weld creation. The RFSSW weld is characterized by symmetrical joint that is free from areas of lower density and occurrence of asymmetrical joining line (retreating thinning). The joint failure occurs in base material and corresponds to the strength of base material. The appropriate design of weld distribution allows for obtaining full load capacity and replacing currently applied resistance spot welding and riveting technologies

Opracowanie i modelowanie sposobu beztrzpieniowego gięcia rur na małych promieniach

The paper reports the results of research aimed at creating theoretical grounds for a new method of mandrelless small-radius tube bending (1.5DrRgr, where Dr - tube diameter, Rg - bending radius). As the result of applying such a methodology it is possible to carry out the bending process (with an angle of up to 180°) and obtain an ovalization and wall thinning in the bending area, which are much smaller than those in currently manufactured products. The currently used bending methods and bending equipment are able to achieve a minimum bending radius not less than three times the tube outer diameter. The research hypothesis has assumed the existence of tube bending methods that are more efficient that those known so far. Than methods do not rely on circular bending contours, but instead they may use other shaping die contours which has not been explored yet. Circular benders used in practice fail in that they do not yield the expected results on small radii and do not control the material flow (do not ensure its correct behaviour) in the bending zone. The literature review has shown that there are currently no theoretical studies, numerical analyses and experimental verifications related to the processes of mandrelless tube bending on small radii, i.e. for 1.5D≤R≥2.5D, where: (R - bending radius, D - tube outer diameter) up to an angle of 180°. Due to the lack of studies on this subject, in their approach to the numerical modelling of the problem, the authors of the paper were guided by their own experience in this field and made every effort to make the numerical model reflect the actual process as accurately as possible. They were only aided by the general knowledge accumulated in the literature on numerical modelling. To sum up, the purpose of the publication is to demonstrate that the change in the die recess towards a shape resembling an ellipse results in a change in the characteristics of metal flow (movement) along the tube perimeter and in a change in the stress characteristics and, as a consequence, a change in the tube cross-section in the bending zone. The research discussed in this paper seeks to establish the correct flow of material in the tube cross-section in the bending zone by determining the most efficient bender recess shape and friction surface forming, which will eliminate the excessive ovalization and upper wall thinning. The expected effect of implementing this bending technology will be increasing the flow capacity in energy systems, which will directly translate into a reduction of atmospheric CO emissions due to the lower energy consumption. In addition, the paper has presented the concepts of tools intended for the experimental verification of tube bending process.W pracy przedstawiono wyniki badań polegających na stworzeniu podbudowy teoretycznej do nowej metody beztrzpieniowego gięcia rur na małych promieniach (1.5DrRgr, gdzie Dr – Średnica rury, Rg – promień gięcia). W wyniku zastosowania takiej metodyki można przeprowadzić proces gięcia (o kącie do 180°) i otrzymać w obszarze gięcia owalizację i pocienienie ścianki znacznie mniejsze niż w otrzymywanych obecnie wyrobach. Obecnie stosowane metody gięcia oraz urządzenia gnące pozwalają osiągnąć minimalny promień gięcia nie mniejszy niż trzykrotność średnicy zewnętrznej rury. Hipoteza badawcza zakładała, że istnieją efektywniejsze od dotychczas znanych sposoby gięcia rur. Sposoby te nie są oparte na kołowych profilach gnących, lecz mogą uwzględniać inne niezbadane dotychczas profile form kształtujących. Stosowane w praktyce kołowe wykroje zawodzą w ten sposób, że, nie dają efektów na małych promieniach, nie sterują (nie umożliwiają właściwego przepływu materiału w strefie gięcia). Analiza literatury wykazała, iż nie istnieją obecnie żadne opracowania teoretyczne, analizy numeryczne oraz weryfikacje doświadczalne dotyczące procesów beztrzpieniowego gięcia rur na małych promieniach tj. dla 1.5D≤R≥2.5D, gdzie: (R – promień gięcia, D – średnica zewnętrzna rury) do kąta 180°. Autorzy pracy w podejściu do modelowania numerycznego zagadnienia z uwagi na brak opracowań w tym zakresie (gięcie małych promieni) kierowali się własnym doświadczeniem w tej dziedzinie i dokonali wszelkich starań, aby założony model numeryczny jak najbardziej uprawdopodobnić z rzeczywistym procesem. Wspomagali się jedynie ogólną wiedzą zgromadzoną w literaturze nt. modelowania numerycznego. Reasumując celem publikacji jest wykazanie, iż zmiana kształtu wybrania wzornika w kierunku kształtu zbliżonego do elipsy skutkuje zmianą charakterystyki płynięcia (przemieszczania się) metalu po obwodzie rury i zmianą charakterystyki naprężeń a w konsekwencji zmianę kształtu przekroju rury w strefie gięcia. Prezentowane w pracy badania polegają na poszukiwaniu właściwego przepływu materiału w przekroju rury w strefie gięcia poprzez ustalenie najbardziej efektywnego kształtu wybrania w wykroju oraz kształtowaniu powierzchni tarcia, przez co zostaną wyeliminowane: nadmierna owalizacja i pocienienie ścianki górnej. Przewidywanym efektem zastosowania tej technologii gięcia będzie zwiększenie wydajności przepływu w instalacjach energetycznych, co ma związek bezpośredni związek ze spadkiem emisji CO do atmosfery w wyniku mniejszego zużycia energii. Ponadto w pracy przedstawiono koncepcje narzędzi do doświadczalnej weryfikacji procesu gięcia rur

Deformations and straightening of welding structures

The purpose of the paper is to analyze deformation problems in welded structures. The stresses resulting from thermomechanical loadings cause bending, buckling and rotation. The basic types of distortions in welding are analyzed. The paper has a review character.Naprężenia spawalnicze powodują skręcanie, zginanie i obrót elementów konstrukcji spawanych. W pracy przedstawiono główne typy deformacji konstrukcji spawanych. Praca ma charakter przeglądowy

Properties of overlap joints welded by the Friction Stir Welding Method

Praca dotyczy problemu łączenia złączy zakładkowych wykonanych ze stopów aluminium technologią zgrzewania tarciowego z przemieszaniem FSW. Analizie poddano budowę złącza w strefach: natarcia, wpływu ciepła oraz spływu. Wykazano dużą niejednorodność i asymetrię złącza, charakteryzującą się wyraźną granicą między materiałem po rekrystalizacji i odkształceniu termomechanicznym. Próby ścinania ujawniły występowanie obszaru w strefie spływu, w którym występują przyklejenia między łączonymi elementami, obniżając jego wytrzymałość. W obszarze natarcia elementem decydującym o charakterze zniszczenia jest kształt linii styku łączonych materiałów. Dokonano analizy siły docisku oraz położenia narzędzia na jakość zgrzein. Wykazano, że najlepsze efekty łączenia uzyskuje się prowadząc proces zgrzewania z kontrolowaną siłą docisku i z zachowaniem odpowiedniego ustawienia kąta pochylenia oraz głębokości jego zanurzenia w materiale.This paper regards the problem of creating overlap joints made of aluminum alloys using the technology of friction stir welding, FSW. The structure of a joint was analyzed in the advancing zone, the heat affected zone and the retreating zone. It was shown that the joint is nonuniform and asymmetric. The nonuniformity and asymmetry of the joint are characterized by a distinct border between material that was recrystallized and thermomechanically deformed. Shear tests demonstrated the existence of the area in the retreating zone where bonding between joined elements occurs. This reduces the joint strength. In the advancing zone, the shape of the boundary line between joined materials is the factor determining the character of material failure. The work analyzes the impact of downward force and tool position on the quality of welds. It was shown that for the welding process the best results can be achieved by controlling downward force and maintaining appropriate tilt angle and depth of tool penetration

Welding residual stresses in steel structures

The purpose of the paper is to analyze the welding residual stresses in various kinds of welding structures. The paper has a review character.Celem pracy jest analiza naprężeń spawalniczych w różnego rodzaju konstrukcjach spawanych. Praca ma charakter przeglądowy

Modelowanie źródła ciepła na podstawie parametrów procesu spawania wiązką elektronów

In the paper thermo-mechanical analysis of Inconel 706 tube welding process was presented. Tubes were joined using electron beam welding EBW. Process simulation was performed using finite element method, FEM Key aspect of welding process simulation is definition of heat source. Geometry of heat source and heat input have direct impact on fusion zone, FZ, and heat affected zone, HAZ. The goal of the work was to design EBW that will produce FZ of required depth. The set of process parameters was identified based on work of Ferro for Inconel 706. Modification of the process parameters was required. For this purpose partial least square method, PLS, was used. PLS model was built using results of own work on EBW for 18-8 steel. The model was applied to Inconel data. The results calculated by PLS model were used to build FEM model.W pracy przedstawiono analizę termo-mechaniczną procesu spawania tulei wykonanych ze stopu Inconel 706. Tuleje połączono za pomocą wiązki elektronów. Symulacja procesu została wykonana przy użyciu metody elementów skończonych, MES. Kluczowym aspektem przy symulacji procesu spawania jest zdefiniowanie źródła ciepła. Geometria źródła ciepła i ilość wydzielonej mocy mają bezpośredni wpływ na strefę przetopienia i strefę wpływu ciepła. Celem pracy jest zaprojektowanie procesu spawania wiązką elektronów w celu uzyskania określonej głębokości spoiny. Zestaw parametrów procesu spawania został określony na podstawie pracy Ferro wykonanej dla stopu Inconel 706. Wymagana była modyfikacja parametrów przedstawionych w pracy. W tym celu wykorzystano metodę częściowo najmniejszych kwadratów, PLS. Model PLS został zbudowany na podstawie wyników badań własnych dla spawania stali 18-8 za pomocą wiązki elektronów. Opracowany model został wykorzystany do modyfikacji parametrów spawania. Otrzymane wyniki posłużyły do opracowania modelu MES procesu spawania

Influence of the annealing time after welding on the mechanical properties of welded joint of T91 steel

The paper presents the results of research on the influence of the time of annealing after welding at the temperature of 750°C on the mechanical properties of a homogeneous welded joint of T91 steel. The welded joints were annealed at 750°C for 0.5; 1.0; 1.5 and 2.0 hours. The research scope included the basic study, i.e. the measurement of hardness, the test of impact energy, the static tensile test, bending test, as well as the accelerated creep test. The results of the tests of mechanical properties indicate the possibility of using shorter annealing times for thin-walled welded joints, and thus the possibility of savings as a result of flexible heat treatments