Computational modelling of the FSSW joining for the analysis of the welding process

2018

In this work, the friction stir spot welding process of AA6082 aluminium allow slabs is studied by means of two different methods of calculation. Firstly, the pin insertion is modelled as an axisymmetric one dimensional non stationary problem. The resulting temperatures field is used in the second phase of calculus as initial thermal conditions at the moment of modelling the following tool dwelling process. This second phase the welding process is modelled using an axysimmetric continuum, assuming a viscoplastic material, therefore solving a Stokes’ flow problem with non linear viscosity. The velocity, temperatures and stress fields are obtained for the whole domain. The obtained results are compared to experimental results in friction stir spot weldments. Mecánica Computacional Vol XXXVI, págs. 511-520 (artículo completo) José G. Etse, Bibiana M. Luccioni, Martín A. Pucheta, Mario A. Storti (Eds.) San Miguel de Tucumán, 6-9 Noviembre 2018 Copyright © 2018 Asociación Argentina de Me...

2017

La soldadura de punto por friccion agitacion o FSSW, es un metodo de union del tipo traslape (lap joint) de materiales, cada vez mas utilizado en la industria naval. Se utiliza para unir principalmente aleaciones de aluminio y aceros. Presenta ventajas frente a la soldadura de arco ya que permite soldar materiales disimiles, requiere menor energia y no produce radiacion ni gases toxicos. Actualmente, se encuentra insatisfecha para la industria la necesidad de soldar espesores de aleaciones de aluminio mayores a 3mm. En la literatura sobre el tema se hallo una variedad de tecnicas y de modelos constitutivos para representar el comportamiento de los materiales, asi como tambien para el modelado de las condiciones de friccion, sin encontrarse aun lo mas adecuado para su estudio. Se determinaron como las dos variables mas importantes a la relacion diametro del hombro de la herramienta y las condiciones de contacto entre herramienta y material. En esta direccion, y buscando determinar la...

2006

El proceso de soldadura por friccion-agitacion o “Friction Stir Welding” (FSW) es un metodo de soldadura desarrollado por el instituto “The Welding Institute” (TWI) de Inglaterra en 1991(M.W. Thomas et al., GB Patente No. 9125978.8(1991)). Es un nuevo concepto en soldadura en fase solida por friccion especialmente apto para la soldadura del aluminio y sus aleaciones, pero actualmente se estan haciendo avances en su aplicacion a aceros de medio carbono y aceros inoxidables. El equipo de soldadura consta de una herramienta que gira y se desplaza sobre la union de dos piezas restringidas. Parte de la herramienta se inserta dentro de las piezas a soldar. La union se produce por el calentamiento por friccion que experimentan las piezas, induciendo un comportamiento pastoso/viscoso del material y el correspondiente flujo entre las piezas a unir. Las variables principales de este proceso son la geometria de la herramienta, las velocidades de avance y rotacion de la herramienta, la inclinac...

Mecánica Computacional, 2008

Resumen. En este trabajo se estiman parámetros térmicos del proceso de soldadura Friction Stir Welding (FSW) a través de mediciones de temperatura disponibles en la bibliografía. Se trata de un problema en el que la relación entre los parámetros y los datos es no lineal por lo que la solución se obtuvo a través de un proceso iterativo por un desarrollo de errores de primer orden modificado por el método de Levenberg-Marquardt. Los valores numéricos que se comparan con las mediciones de referencia en cada iteración se obtuvieron asumiendo un modelo tridimensional de flujo viscoplástico (parte mecánica), considerando una relación constitutiva para el material a soldar, y un modelo de convección-difusión (parte térmica). Estos modelos se implementaron en un programa de propósito general que emplea una formulación numérica desarrollada a partir del Método de los Elementos Finitos (MEF).

Soldagem & Inspeção

Resumo O presente trabalho tem como objetivo obter uma ferramenta computacional para estimar os principais parâmetros do processo FSSW para a indústria de construção naval, utilizando uma abordagem em dois estágios, usando os Métodos de Volumes finitos e Elementos Finitos em domínios com simetria de revolução. Soldas experimentais foram realizadas em duas placas de liga de alumínio AA6082 com 3mm de espessura. Da comparação entre os resultados numéricos e experimentais, as temperaturas máximas de 423°C estiveram próximas às reportadas pela literatura. Porém, as medidas experimentais foram afetadas pela posição dos termopares embutidos no suporte de aço, medindo valores máximos inferiores, de 302°C. Os campos de velocidades circunferenciais e suas zonas de altos gradientes foram coincidentes com a zona de mistura revelada no ataque metalográfico. A técnica, não obstante, foi bem sucedida apesar das simplificações adotadas.

10th World Congress on Computational Mechanics, 2012

The friction stir welding (FSW) process consists essentially of a rotating tool, which travels along the joint of two restricted plates. The union results from the frictional heating induced by the tool, which leads to a viscoplastic material flow between the joined plates. A complete analysis of the FSW process requires the solution of a thermo-mechanical coupled problem. Due to the considerably large plastic deformation involved, an Eulerian viscoplastic flow formulation on a fixed domain is usually employed to mathematically describe the problem. Nevertheless, when the details of the tool must be taken into account the symmetry of the problem about the rotation axis of the pin is definitively lost. In this regard, an effective strategy to deal with this difficulty is to attach a rotating domain to the pin. Moreover, an arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation is used for irregular tool geometries, considering a convenient rotating domain to precisely track the details of the tool surface. The purpose of this work is to implement a domain decomposition technique in order to exploit the advantages of both formulations. Hence, the whole domain is decomposed into two non-overlapping sub-domains in accordance with the particularities of each region. Consequently, a rotating region close to the tool is adopted while a fixed domain surrounding it is considered to appropriately take into account the inlet and outlet boundary conditions. Thereby, a coupling problem on the common boundary to both sub-domains must be solved. In this work a coupling strategy based on an iterative GMRES technique in its matrix free form is adopted. The application of this methodology allows to determine the material flow and temperature field considering the specific details of the tool and welding plates geometries in an efficient and easy to implement manner.

2000

El proceso de soldadura por fricción o "Friction Stir Welding" (FSW) es un método de soldadura desarrollado por el (TWI) "The Welding Institute" de Inglaterra en 1991 1. Es un nuevo concepto en soldadura en fase sólida por fricción especialmente apto para la soldadura del aluminio y sus aleaciones y ofrece aspectos interesantes pudiendo en muchos casos reemplazar con ventaja a los procesos usuales por arco. El equipo de soldadura consta de una herramienta que gira y se desplaza sobre la unión de dos chapas restringidas 2. La unión se produce por el calentamiento por fricción que experimentan las mismas produciendo un comportamiento pastoso/viscoso del material y el correspondiente flujo entre las chapas a unir El modelado numérico del proceso, permite predecir comportamientos sin necesidad de ensayos específicos, pudiendo acelerar los procesos de diseño, bajando los costos y optimizando las variables tecnológicas a utilizar 3,4. En este trabajo se modela el proceso de soldadura por fricción, mediante la utilización de un programa de elementos finitos de propósito general, reproduciendo el mapa térmico y la distribución del flujo del material. Se presentan desarrollos experimentales con mediciones de la distribución de temperaturas obtenidas por termografía y su análisis comparativo con los resultados numéricos.

Mecánica Computacional, 2019

Palabras clave: Soldadura por Fricción y Agitación; Modelado Numérico; CFD; Aleación de Aluminio; Flujo Plástico Resumen. En el presente trabajo se desarrolló un modelo por Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) que considera el fenómeno de arrastre de forma volumétrica. Para el ajuste se utilizaron ciclos térmicos experimentales de trabajos anteriores, basados en uniones soldadas a tope por este método de chapa de AA5052 de 3 mm de espesor. Se obtiene muy buena relación entre los ciclos térmicos del modelo y los medidos, así como de las macrografías con la zona agitada propuesta por el modelo. El calor por arrastre es predominante en toda las condiciones y respecto del calor total su contribución varía del 70 % al 95 % aproximadamente para condiciones extremas. Se modificaron las condiciones de ablandamiento del material por temperatura y el deslizamiento entre la chapa-herramienta, y se evaluó su influencia en la generación de calor, resultando en variaciones de hasta el 15 % y un 45 % respectivamente para condiciones extremas, lo cual hace a ambos fenómenos de suma importancia en el modelado de este proceso.

Palabras clave: Friction stir welding (FSW), modelado viscoplástico, modelado tridimensional, modelo de elementos finitos, soldaduras de aluminio a tope. Resumen: Friction stir welding es un proceso de soldadura aplicado a uniones de materiales de bajo punto de fusión tales como el aluminio y el cobre.

Mecánica Computacional, 2019

Resumen. En el presente trabajo se desarrolló un modelo FEM para el proceso de Soldadura por Fricción y Agitación por punto (FSSW) utilizando el método Lagrangiano Euleriano ALE. Se consideraron dos geometrías de herramienta, pin y pinless, una condición de soldadura para la primera, y dos para la segunda que equivalen a la indentación de hombro y pin de la primera herramienta. Estas condiciones fueron resueltas y comparadas con resultados experimentales de trabajos anteriores, que consisten en uniones disimilares realizadas por este métodos de chapa a solape de Aleación de Aluminio AA5052 de 1mm de espesor con chapa de 0,65mm de espesor de acero de bajo carbono. Se compararon temperaturas, desplazamientos y deformaciones. El modelo verifica que la herramienta pinless produce desplazamientos y deformaciones excesivas en la chapa superior y menor sección efectiva de unión respecto a la herramienta pin para granden indentaciones, respecto de la herramienta con pin. El modelo predice muy bien la zona agitada para ambas herramientas, así como la forma de la carga axial. Se observa que el calor total máximo en unos 3 segundos se encuentra entre 8 y 1, 8KW para diferentes condiciones de soldadura y el mecanismo de fricción es considerablemente mayor que el de deformación plástica.