Effect of Main Parameters of the Friction Stir Welding on Structure Imperfections of Welded Joint

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose: to identify the fracturing behavior of the defected aluminum-magnesium alloy friction stir welded joints. The paper presents the results of analysis of varieties of structural defects in a welded joint and its effect on the strength of welded joints under static tension. The brief review of the main reasons for the appearance of discontinuities in the structure of the welded joint is given; the influence of the main parameters of the temperature regime in the welding area on obtaining a high-quality weld is evaluated. In accordance with the fractographic analysis of the fracture surface of samples with welded joint and layer by layer metallographic analysis of the material in the defect zone, the types of defects specific for friction stir welding are described and the nature of its origin is discussed. The obtained results indicate the defining role of the nature of the plastic flow of material in the zone of the moving tool in the formation of the structure and properties of the welded joint and can be taken into account when choosing friction stir welding modes and welded joints quality control. Methods: experimental studies were carried out on a laboratory machine for friction stir welding, manufactured by ISPM SB RAS. Static tensile tests were performed on tension testing machine UTS110M-100. Structural studies were performed by optical and scanning microscopy using the MiniSEM electronic scanning microscope. Results and Discussion: the effect of the welding process main parameters on the quality of welded joints is shown on the example of Al 5083 alloy plates of different thicknesses. It is shown that the welding regime determines the type and size of the defects formed, the mechanical strength and the nature of the welded joints fracture mode. According to the comparative analysis of the fracture surface of samples after static tensile tests, it is found that in the defect zone the fracture mode is changed from the viscous nature to the brittle one. The forming features of defected structure of the welded joint are revealed by varying the heat input value. It is shown that not the thickness of the welded plates affects the type of defect formed, but the amount of heat input into the welding zone. Based on the results of fractographic analysis of the welded joints fracture surface and layer by layer metallographic analysis of the material in the defect area, types of defects specific for friction stir welding are described and the nature of its origin is discussed.

About the authors

O. V Sizova

Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: ovs@ispms.ru
2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

A. V Kolubaev

Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: kav@ispms.tsc.ru
2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

E. A Kolubaev

Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: eak@ispms.tsc.ru
2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

A. A Zaikina

Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: aaz@ispms.tsc.ru
2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

V. E Rubtsov

Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: rvy@ispms.tsc.ru
2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

References

  1. Nandan R., DebRoy T., Bhadeshia H.K.D.H. Recent advances in friction-stir welding process, weldment structure and properties // Progress in Material Science. - 2008. - Vol. 53, iss. 6. - P. 980-1023. - doi: 10.1016/j.pmatsci. 2008.05.001.
  2. Influence of friction stir welding parameters on grain size and formability in 5083 aluminum alloy / T. Hirata, T. Oguri, H. Hagino, T. Tanaka, S.W. Chung, Y. Takigawa, K. Higashi // Materials Science and Engineering: A. - 2007. - Vol. 457. - P. 344-349. - doi: 10.1016/j.msea.2006.12.079.
  3. Kumar N., Kailas S.V. The role of friction stir welding tool on material flow and weld formation // Materials Science and Engineering: A. - 2008. - Vol. 485, iss. 1-2. - P. 367-384. - doi: 10.1016/j.msea.2007.08.0134.
  4. Sato Y.S., Urata M., Kokawa H. Parameters controlling microstructure and hardiness during friction stir welding of precipitation-hardenable aluminum alloy 6063 // Metallurgical and Materials Transactions: A. - 2002. - Vol. 33, iss. 3. - P. 625-635. - doi: 10.1007/s11661-002-0124-3.
  5. Yoon T.-I., Yun J.-G., Kang Ch.-Y. Formation mechanism of typical ring structures and void defects in friction stir lap welded dissimilar aluminum alloys // Materials and Design. - 2016. - Vol. 90. - P. 568-578. - doi: 10.1016/j.matdes.2015.11.014.
  6. On material flow in Friction Stir Welded Al alloys / A. Tougne, C. Desrayand, M. Jahazi, E. Feulvach // Journal of Materials Processing Technology. - 2017. - Vol. 239. - P. 284-296. - doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.08.030.
  7. Stephen Leon J., Jayakumar V. Investigation of mechanical properties of aluminium 6061 alloy friction stir welding // American Journal of Mechanical Engineering and Automation. - 2014. - Vol. 1, N 1. - P. 6-9.
  8. Сварка трением с перемешиванием термически упрочняемого сплава В95 системы Al-Zn-Mg-Cu / В.А. Фролов, В.Ю. Конкевич, П.Ю. Предко, В.В. Белоцерковец // Сварочное производство. - 2013. - № 3. - С. 21-26.
  9. Сварка алюминиевых сплавов в авиакосмической промышленности / В.И. Лукин, О.Г. Оспенникова, Е.Н. Иода, М.Д. Пантелеев // Сварка и диагностика. - 2013. - № 2. - С. 47-51.
  10. Cerri E., Leo P. Influence of high temperature thermal treatment on grain stability and mechanical properties of medium strengh aluminium alloy friction stir welds // Journal of Materials Processing Technology. - 2013. - Vol. 213, iss. 1. - P. 75-83. - doi: 10.1016/j.jmatprotec.2012.09.001.
  11. Effect of welding parameters on microstructure and mechanical properties of friction stir welded Al-Mg alloy / H.L. Hao, D.R. Ni, H. Huang, D. Wang, B.L. Xiao, Z.R. Nie, Z.Y. Ma // Materials Science and Engineering: A. - 2013. - Vol. 559. - P. 889-896. - doi: 10.1016/j.msea.2012.09.041.
  12. Особенности формирования сварного соединения при сварке трением с перемешиванием алюминиевого сплава В-1469 / В.И. Лукин, Е.Н. Иода, А.В. Базескин, И.П. Жегина, Л.В. Котельникова, В.В. Овчинников // Сварочное производство. - 2012. - № 6. - С. 30-36.
  13. Сизова О.В., Заикина А.А., Рубцов В.Е. Влияние технологических режимов сварки трением с перемешиванием на механические свойства и характер разрушения алюминиево-магниевого сплава // Вопросы материаловедения. - 2016. - № 4 (88). - С. 101-108. - doi: 10.22349/1994-6716-2016-88-4-101-108.
  14. Effect of initial base metal temper on microstructure and mechanical properties of friction stir processed of Al-7B04 alloy / Y. Chen, H. Ding, Z. Cai, J. Zhao, J. Li // Materials Science and Engineering: A. - 2016. - Vol. 650. - P. 396-403. - doi: 10.1016/j.msea.2015.10.083.
  15. Разрушение стыковых соединений алюминиево-магниевого сплава, выполненных сваркой трением с перемешиванием / О.В. Сизова, А.В. Колубаев, Е.А. Колубаев, А.А. Заикина, В.Е. Рубцов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2014. - № 3 (64). - С. 14-21.
  16. The investigation of typical welding defects for 5456 aluminum alloy friction stir welds / H.B. Chen, K. Yan, S.B. Chen, C.Y. Jiang, Y. Zhao // Materials Science and Engineering: A. - 2006. - Vol. 433, iss. 1-2. - P. 64-69. - doi: 10.1016/j.msea.2006.06.056.
  17. The effect of interface defect on mechanical properties and its formation mechanism in friction stir lap welded joints of aluminum alloys / H. Liu, Y. Hu, Ya. Peng, C. Dou, Z. Wang // Journal of Materials Processing Technology. - 2016. - Vol. 238. - P. 244-254. - doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.06.029.
  18. Influense of processing of thermal field in Mg-Nd-Zn-Zr alloy during friction stir processing / J. Han, J. Chen, L. Peng, F. Zheng, W. Rong, Y. Wu, W. Ding // Materials and Design. - 2016. - Vol. 94. - P. 186-194. - doi: 10.1016/matdes.2016.01.044.
  19. Tarasov S.Yu., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. A proposed diffusion-controlled wear mechanism of alloy steel friction stir welding (FSW) tools used on an aluminum alloy // Wear. - 2014. - Vol. 318, iss. 1-2. - P. 130-134. - doi: 10.1016/j.wear.2014.06.014.
  20. Dissimilar friction stir welding of 6061 Al to T2 pure Cu adopting tooth-shaped joint configuration: Microstructure and mechanical properties / W. Zhang, Y. Shen, Y. Yan, R. Guo // Materials Science and Engineering: A. - 2017. - Vol. 690. - P. 355-364. - doi: 10.1016/j.msea.2017.02.091.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


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».