3D modeling of material flow and temperature in Friction Stir Welding

Santiago, Diego; Urquiza, Santiago; Lombera, Guillermo; Vedia, L. de

doi:10.1590/s0104-92242009000300008

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“…Many of them recognize the problem of the estimation of the friction coefficient, however, they neglect it and consider the friction coefficient to be constant, taking the value of = 0.3-0.4 [1,5,7,10]. Kumar et al [16] was among the first to propose an experimental model for the estimation of the friction coefficient at FSW.…”

Section: Experimental Estimation Of the Friction Coefficientmentioning

confidence: 99%

“…), and the temperature of workpieces increases, one can conclude that the mechanical energy delivered to the welding tool is significantly transformed into heat. The amount and intensity of heat generation during FSW is the topic of various researches [3][4][5][6][7][8][9][10], and this paper deals with parameters that influence heat generation during FSW.…”

Section: Introductionmentioning

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Experimental studies of parameters affecting the heat generation in friction stir welding process

et al. 2012

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Heat generation is a complex process of transformation of a specific type of energy into heat. During friction stir welding, one part of mechanical energy delivered to the welding tool is consumed in the welding process, another is used for deformational processes etc., and the rest of the energy is transformed into heat. The analytical procedure for the estimation of heat generated during friction stir welding is very complex because it includes a significant number of variables and parameters, and many of them cannot be fully mathematically explained. Because of that, the analytical model for the estimation of heat generated during friction stir welding defines variables and parameters that dominantly affect heat generation. These parameters are numerous and some of them, e. g. loads, friction coefficient, torque, temperature, are estimated experimentally. Due to the complex geometry of the friction stir welding process and requirements of the measuring equipment, adequate measuring configurations and specific constructional solutions that provide adequate measuring positions are necessary. This paper gives an overview of the process of heat generation during friction stir welding, the most influencing parameters on heat generation, constructional solutions for the measuring equipment needed for these experimental researches and examples of measured values

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Section: Experimental Estimation Of the Friction Coefficientmentioning

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Section: Introductionmentioning

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Experimental studies of parameters affecting the heat generation in friction stir welding process

et al. 2012

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“…Les modèles numériques par éléments finis utilisent principalement le référentiel lagrangien et donnent des résultats intéressants qui sont souvent très près des mesures expérimentales [8,11,12,19,21,37,41] pour le soudage par friction malaxage. Ils permettent de mieux comprendre les mécanismes physiques derrières le procédé qui influencent la fiabilité et la qualité des soudures réalisées avec cette technique.…”

Section: Méthode Des éLéments Finis Pour Le Sfmunclassified

Étude numérique et expériementale du soudage par friction malaxage /

Thibeault¹

2012

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ÉTUDE NUMÉRIQUE ET EXPÉRIMENTALE DU SOUDAGE PAR FRICTION MALAXAGE SEPTEMBRE 2012 RESUMELe soudage par friction malaxage (SFM) est une technique de soudure brevetée au début des années 90 qui consiste à souder plusieurs pièces en utilisant un outil cylindrique mis en rotation. Celui-ci pénètre dans les plaques à souder et se déplace le long d'une ligne de soudure tout en gardant le matériau à une température inférieure à son point de fusion. Les avantages de cette approche sont nombreux par rapport à la soudure conventionnelle à l'arc. En effet, puisque la chaleur requise est moindre lors du SFM, les problèmes liés à la fusion du matériau ne se produisent plus, il y a moins de distorsion des matériaux et la microstructure demeure plus uniforme que celles des procédés conventionnels. De plus, la zone affectée thermiquement qui est souvent le maillon faible d'un joint de soudure est beaucoup plus petite ce qui en résulte en des propriétés mécaniques s'approchant de celles du matériau de base. Cette technique gagne donc à être connue, expérimentée et développée surtout pour les alliages d'aluminium reconnus pour être difficilement soudables. Elle est notamment implantée dans divers domaines favorisant l'utilisation de l'aluminium tels que l'aviation, l'automobile, la navigation, le nucléaire et bien d'autres en raison de la meilleure résistance mécanique et de la plus longue durée de vie en fatigue des joints de soudure.Au cours des dix dernières années, divers modèles mathématiques ont été développés pour clarifier l'effet des paramètres de soudage. Cependant, beaucoup d'hypothèses doivent être posées et réduisent la complexité des représentations numériques au profit de la précision des résultats. Le principal problème vient du fait que les logiciels et les méthodes numériques employées ont de la difficulté à bien mailler les conditions limites et les conditions initiales notamment en raison des grandes déformations dans le matériau lors du procédé. Toutefois, une technique sans maillage bien maitrisée par le centre de recherche Commonwealth Scientific and Resarch Organization (CSIRO) pourrait parvenir à contourner ces problèmes. Il s'agit de la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) où les coordonnées s'adaptent au domaine à chaque itération permettant ainsi d'obtenir l'historique complet de chaque particule en plus de tenir compte de l'emplacement de celles-ci, des contraintes thermiques et des contraintes mécaniques des instants précédents. C'est ainsi dans l'optique d'explorer cette méthode sans maillage que le présent projet est né pour modéliser et comprendre les mécanismes physiques du SFM.En parallèle au développement du modèle numérique SPH, un banc d'essai spécialement instrumenté a été mis en place pour récolter des données sur le soudage par friction malaxage. De nombreuses plaques d'aluminium 6061-T6 ont été soudées bout à bout selon divers paramètres. Des soudures asymétriques (soudage de deux alliages d'aluminium de composition chimique différente) ont aussi été réalisées afin d'étudier le mé...

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“…Further, Eq. [17] can be simplified to q ¼l T ð Þp 2px 60 r þ t 60 sin h À Á , which has the same form as Eq. [2].…”

Section: Other Potential Friction-affecting Factorsmentioning

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“…[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23] In addition, pure analytical thermal models [24][25][26][27][28][29][30][31][32] have been also studied. No matter what kind of models are used for FSW thermal analysis, the heat generation rate is the major difficulty because of the unknown friction coefficient, which is affected by many factors.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Transient Thermal Model for Friction Stir Weld. Part I: The Model

Zhang

Xiao

2011

Metall Mater Trans A

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Current analytical thermal models for friction stir welding (FSW) are mainly focused on the steady-state condition. To better understand the FSW process, we propose a transient thermal model for FSW, which considers all the periods of FSW. A temperature-dependent apparent friction coefficient solved by the inverse solution method (ISM) is used to estimate the heat generation rate. The physical reasonableness, self-consistency, and relative achievements of this model are discussed, and the relationships between the heat generation, friction coefficient, and temperature are established. The negative feedback mechanism and positive feedback mechanism are proposed for the first time and found to be the dominant factors in controlling the friction coefficient, heat generation, and in turn the temperature. Furthermore, the negative feedback mechanism is found to be the controller of the steady-state level of FSW. The validity of the proposed model is proved by applying it to FSW of the 6061-T651 and 6063-T5 aluminum alloys.

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3D modeling of material flow and temperature in Friction Stir Welding

Abstract: The process of Friction Stir Welding (FSW) is a welding method developed by the "The Welding Institute" (TWI) of England in

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Experimental studies of parameters affecting the heat generation in friction stir welding process

Experimental studies of parameters affecting the heat generation in friction stir welding process

Étude numérique et expériementale du soudage par friction malaxage /

A Transient Thermal Model for Friction Stir Weld. Part I: The Model

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