Effect of tool pin profile on the tensile characteristics of friction stir welded joints of AA8011

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Aluminum alloys are in abundant demand of shipbuilding and aircraft industries. This study emphasizes on the effects of two different tool pin profiles on the tensile characteristics of welded joints made of AA8011 aluminum alloy welded joints. The joining technique used is friction stir welding (FSW) due to its unique characteristics such as very low heat affected zone when joining in a solid state. The microstructure and mechanical properties of the welded joint are influenced by the geometry of the tool and such parameters as rotational speed and traverse speed of the tool. The methods of investigation. The experiments on FSW were performed on universal milling machine with taper cylindrical and cylindrical threaded tool pin profiles using the three different combination of tool rotational and traverse speed (a) 320 rpm, 45 mm/min; b) 400 rpm, 50 mm/min; c) 575 rpm, 60 mm/min.). To analyze the joint characteristics, tensile tests were conducted and ultimate tensile strength as well as joint efficiency was calculated for individual joint. Results and Discussion. Based on the revised results, it is evident that higher RPM values have a positive impact on joint efficiency and tensile strength for both the taper cylindrical pin profile and the threaded cylindrical pin profile. The findings show that the joint efficiency and tensile strength are consistently higher for the threaded cylindrical pin profile compared to the taper cylindrical pin profile, regardless of the RPM and feed rate. From the results, it was found that joint efficiency and tensile strength is maximum at higher RPM irrespective of the tool pin profile i.e. 73.6 % and 123 MPa for taper cylindrical pin profile and 85 % and 142 MPa for threaded cylindrical pin profile at 575 rpm, 60 mm/min. These are the highest in comparison to 72.5 % and 119 MPa at 320 rpm, 45 mm/min and 70.1 % and 115 MPa at 400 rpm, 50 mm/min for taper pin profile tool and 82.6 % and 138 MPa at 320 rpm, 45 mm/min and 77.8 % and 130 MPa at 400 rpm, 50 mm/min for threaded cylindrical pin profile. Overall, the study demonstrates that joints obtained using the threaded cylindrical pin profile demonstrate higher joint efficiency and tensile strength than those prepared using the taper cylindrical pin profile. The highest joint efficiency and tensile strength of 84.5 % and 142 MPa, respectively, were achieved using the threaded cylindrical pin profile at 575 rpm and 60 mm/min.

About the authors

Y. S. Rajpoot

Email: yogendrasingh.rajpoot@recmainpuri.in
Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Rajkiya Engineering College Mainpuri, Uttar Pradesh, 205119, India, yogendrasingh.rajpoot@recmainpuri.in

A. K. Sharma

Email: aksharma@recmainpuri.in
Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Rajkiya Engineering College Mainpuri, Uttar Pradesh, 205119, India, aksharma@recmainpuri.in

V. N. Mishra

Email: vibhooti1810@gmail.com
Department of Mechanical Engineering, Rajkiya Engineering College Azamgarh, Uttar Pradesh, 276201, India, vibhooti1810@gmail.com

K. Saxena

Email: saxenakushal05@gmail.com
Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Rajkiya Engineering College Mainpuri, Uttar Pradesh, 205119, India, saxenakushal05@gmail.com

D. Deepak

Email: dd08iitd@gmail.com
Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Rajkiya Engineering College Mainpuri, Uttar Pradesh, 205119, India, dd08iitd@gmail.com

S. S. Sharma

Email: shyamsunder.sharma@jaipur.manipal.edu
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Manipal University Jaipur, Rajasthan, 303007 India, shyamsunder.sharma@jaipur.manipal.edu

References

  1. Friction stir butt welding: International patent application No. 9125978.8, PCT/GB92/02203 and GB patent application: 1991 / W.M. Thomas, E.D. Nicholas, J.C. Needham, M.G. Murch, P. Templesmith, C.J. Dawes.
  2. Dawes C., Thomas W. Friction stir joining of aluminum alloys // TWI Bulletin. – 1995. – Vol. 6. – P. 124–127.
  3. Effects of friction stir welding on microstructure of 7075 aluminium / C.G. Rhodes, M.W. Mahoney, W.H. Bingel, R.A. Spurling, C.C. Bampton // Scripta Materialia. – 1997. – Vol. 36 (1). – P. 69–75.
  4. Microstructural aspects of the friction-stir welding of 6061-T6 aluminum / G. Liu, L.E. Murr, C.S. Niou, J.C. McClure, F.R. Vega // Scripta Materialia. – 1997. – Vol. 37 (3). – P. 355–361.
  5. Jata K.V., Semiatin S.L. Continuous dynamic recrystallization during friction stir welding of high strength aluminum alloys // Scripta Materialia. – 2000. – Vol. 43 (8). – P. 743–749.
  6. Low-temperature friction-stir welding of 2024 aluminum / S. Benavides, Y. Li, L.E. Murr, D. Brown, J.C. McClure // Scripta Materialia. – 1999. – Vol. 41 (8). – P. 809–815.
  7. Friction-based welding processes: friction welding and friction stir welding / D.K. Rajak, D.D. Pagar, P.L. Menezes, A. Eyvazian // Journal of Adhesion Science and Technology. – 2020. – Vol. 34 (24). – P. 2613–2637. – doi: 10.1080/01694243.2020.1780716.
  8. On the FSW of AA2024-T4 and AA7075-T6 T-joints: an industrial case study / F. Acerra, G. Buffa, L. Fratini, G. Troiano // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2010. – Vol. 48. – P. 1149–1157. – doi: 10.1007/s00170-009-2344-9.
  9. Cavaliere P., Cerri E., Squillace A. Mechanical response of 2024–7075 aluminium alloys joined by Friction Stir Welding // Journal of Materials Science. – 2005. – Vol. 40. – P. 3669–3676. – doi: 10.1007/s10853-005-0474-5.
  10. Rajpoot Y.S., Narayanan R.G., Das S. Predicting the effect of tool configuration during friction stir welding by cellular automata finite element analyses // International Journal of Manufacturing Research. – 2018. – Vol. 13 (4). – P. 359–381. – doi: 10.1504/IJMR.2018.095377.
  11. Influence of probe offset distance on interfacial microstructure and mechanical properties of friction stir butt welded joint of Ti6Al4V and A6061 dissimilar alloys / Z. Song, K. Nakata, A. Wu, J. Liao, L. Zhou // Materials & Design. – 2014. – Vol. 57. – P. 269–278. – doi: 10.1016/j.matdes.2013.12.040.
  12. Effect of tool eccentricity on the properties of friction stir welded AA6061 aluminum alloys / L.H. Shah, S. Guo, S. Walbridge, A. Gerlich // Manufacturing Letters. – 2018. – Vol. 15, pt. A. – P. 14–17. – doi: 10.1016/j.mfglet.2017.12.019.
  13. Hussain A.K., Quadri S.A.P. Evaluation of parameters of friction stir welding for aluminium AA6351 alloy // International Journal of Engineering Science and Technology. – 2010. – Vol. 2 (10). – P. 5977–5984.
  14. Rajpoot Y.S., Saxena K., Deepak D. A review on the influence of tool pin profile on microstructure and mechanical properties of friction stir welded joints // Advances in Manufacturing Engineering: Select Proceedings of ICFAMMT 2022. – Singapore: Springer, 2022. – P. 119–149. – doi: 10.1007/978-981-19-4208-2_10.
  15. Cam G., Mistikoglu S. Recent developments in friction stir welding of Al-alloys // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2014. – Vol. 23. – P. 1936–1953. – doi: 10.1007/s11665-014-0968-x.
  16. Mikhail J., Ibrahim R., Lathabai S. Effect of tool design on the microstructure and microhardness of friction stir processed 5005-H34 aluminium alloy // Proceedings of SPIE. – 2013. – Vol. 8793: Fourth International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering. – P. 334–340. – doi: 10.1117/12.2026587.
  17. Venkata Rao Ch., Madhusudhan Reddy G., Srinivasa Rao K. Influence of tool pin profile on microstructure and corrosion behaviour of AA2219 Al–Cu alloy friction stir weld nuggets // Defence Technology. – 2015. – Vol. 11 (3). – P. 197–208. – doi: 10.1016/j.dt.2015.04.004.
  18. Formability of similar and dissimilar friction stir welded AA 5182-H111 and AA 6016-T4 tailored blanks / C. Leitao, B. Emílio, B.M. Chaparro, D.M. Rodrigues // Materials & Design. – 2009. – Vol. 30 (8). – P. 3235–3242. – doi: 10.1016/j.matdes.2008.12.005.
  19. Weld temperature effects during friction stir welding of dissimilar aluminum alloys 6061-t6 and 7075-t6 / E.G. Cole, A. Fehrenbacher, N.A. Duffie, M.R. Zinn, F.E. Pfefferkorn, N.J. Ferrier // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 71. – P. 643–652. – doi: 10.1007/s00170-013-5485-9.
  20. Sharma N., Khan Z.A., Siddiquee A.N. Friction stir welding of aluminum to copper – an overview // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2017. – Vol. 27 (10). – P. 2113–2136. – doi: 10.1016/S1003-6326(17)60238-3.
  21. Mechanical and metallurgical characterization of friction stir welding joints of AA6061-T6 with AA6082-T6 / P.M.G.P. Moreira, T. Santos, S.M.O. Tavares, V. Richter-Trummer, P. Vilaça, P.M.S.T. De Castro // Materials & Design. – 2009. – Vol. 30 (1). – P. 180–187. – doi: 10.1016/j.matdes.2008.04.042.
  22. Effect of pin length and welding speed on lap joint quality of friction stir welded dissimilar aluminum alloys / Z. Ge, S. Gao, S. Ji, D. Yan // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 98. – P. 1461–1469. – doi: 10.1007/s00170-018-2329-7.
  23. Friction stir welding of lap joints: Influence of process parameters on the metallurgical and mechanical properties / G. Buffa, G. Campanile, L. Fratini, A. Prisco // Materials Science and Engineering: A. – 2009. – Vol. 519 (1–2). – P. 19–26. – doi: 10.1016/j.msea.2009.04.046.
  24. Davidson B.S., Neelakrishnan S. Influence of friction stir welding parameters on tensile properties of AA8011 aluminium alloy plate // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. – 2018. – Vol. 15 (1). – P. 93–98. – doi: 10.1166/jctn.2018.7060.
  25. Effect of pin profile and rotational speed on microstructure and tensile strength of dissimilar AA8011, AA01-T6 friction stir welded aluminum alloys / K. Palani, C. Elanchezhian, B. Vijaya Ramnath, G.B. Bhaskar, E. Naveen // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5 (11). – P. 24515–24524. – doi: 10.1016/j.matpr.2018.10.248.
  26. Elangovan K., Balasubramanian V. Influences of pin profile and rotational speed of the tool on the formation of friction stir processing zone in AA2219 aluminium alloy // Materials Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 459 (1–2). – P. 7–18. – doi: 10.1016/j.msea.2006.12.124.
  27. Elangovan K., Balasubramanian V. Influences of tool pin profile and welding speed on the formation of friction stir processing zone in AA2219 aluminium alloy // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 200 (1–3). – P. 163–175. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.09.019.
  28. Elangovan K., Balasubramanian V. Influences of tool pin profile and tool shoulder diameter on the formation of friction stir processing zone in AA6061 aluminium alloy // Materials & Design. – 2008. – Vol. 29 (2). – P. 362–373. – doi: 10.1016/j.matdes.2007.01.030.
  29. Chandana R, Saraswathamma K. Impact of tool pin profiles in friction stir welding process – A review // Materials Today: Proceedings. – 2023. – Vol. 76, pt. 3. – P. 602–606. – doi: 10.1016/j.matpr.2022.12.097.
  30. Investigation on effects of variation of tool pin profile in a friction stir welding process by finite element approach for joining dissimilar materials / R. Shimpi, C.S. Kumar, R. Katarane, A.K. Shukla // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 66, pt. 3. – P. 1361–1364. – doi: 10.1016/j.matpr.2022.05.154.
  31. Effect of tool tilt angle on mechanical resistance of AA6082/AA5083 friction stir welded joints for marine applications / G. Di Bella, T. Alderucci, F. Favaloro, C. Borsellino // Procedia CIRP. – 2023. – Vol. 118. – P. 879–884. – doi: 10.1016/j.procir.2023.06.151.
  32. Effect of tool pin shapes on microstructure and mechanical behaviour of friction stir welding of dissimilar aluminium alloys / S. Balamurugan, K. Jayakumar, B. Anbarasan, M. Rajesh // Materials Today: Proceedings. – 2023. – Vol. 72, pt. 4. – P. 2181–2185. – doi: 10.1016/j.matpr.2022.08.459.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».