Автоматичне зварювання, 2022, №09



2022 №09 (06)

DOI of Article 10.37434/as2022.09.07

2022 №09 (08)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 9, 2022, с. 37-44

Математична модель визначення залишкових напружень і деформацій при зварюванні тертям з перемішуванням алюмінієвого сплаву

Б.Р. Царик, О.Ф. Мужиченко, О.В. Махненко

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Розроблено досить просту і ефективну математичну модель процесу зварювання тертям з перемішуванням (ЗТП), спрямовану на оперативне визначення залишкових зварювальних напружень і деформацій з інженерною точністю. Модель базується на застосуванні методу термопружнопластичного деформування матеріалу, який використовується при моделюванні дугового зварювання, але замість моделі дугового джерела нагрівання розроблено модель тепловиділення від тертя робочого інструмента з матеріалом елементів з’єднання, а також в моделі враховано специфічні для ЗТП умови жорсткого закріплення елементів з’єднання під час зварювання. За допомогою розробленої моделі ЗТП проведено розрахунки для стикового з’єднання пластин з алюмінієвого сплаву АМг6 та представлено результати характерного розподілу залишкових напружень та пластичних деформацій порівняно з дуговим зварюванням стикового з’єднання. Отримані за допомогою розробленої моделі розрахункові результати підтверджують висновки інших дослідників, що при ЗТП алюмінієвих сплавів також утворюються небажані залишкові напруження та деформації, але вони нижчі, ніж при традиційних дугових способах зварювання. Розроблену модель можна ефективно використовувати для оперативного розрахункового визначення залишкових напружень та пластичних деформацій у зоні зварних з’єднань, виконаних ЗТП, з метою подальшої оцінки міцності зварних з’єднань або прогнозування загальних деформацій великогабаритних конструкцій. Намічено шляхи подальшого вдосконалення розробленої моделі з метою підвищення точності прогнозування, в тому числі шляхом урахування деградації механічних властивостей (знеміцнювання) алюмінієвого сплаву під час нагрівання. Бібліогр. 14, табл. 1, рис. 7.
Ключові слова: зварювання тертям з перемішуванням, алюмінієвий сплав, залишкові напруження, пластичні деформації, математичне моделювання


Надійшла до редакції 09.06.2022

Список літератури

1. İpekoğlu G., Akçam Ö., Çam1 G. (2018) Effect of plate thickness on weld speed in friction stir welding of AA6061-T6 Al-alloy plates. The Paton welding J., 12, 7–11. DOI: https:// doi.org/10.15407/tpwj2018.12.08
2. Krasnovsky K., Khokhlova Yu.A. and Khokhlov M.A. (2019) Influence of tool shape for friction stir welding on physicomechanical properties of zones of welds of aluminium alloy EN AW 6082-T6., Ibid., 7, 7–12. DOI: https://doi.org/10.15407/tpwj2019.07.02
3. Riahi, M., Nazari, H. (2011) Analysis of transient temperature and residual thermal stresses in friction stir welding of aluminum alloy 6061-T6 via numerical simulation. Int. J. Adv. Manuf. Techn., 55, 143–15. DOI 10.1007/s00170-010-3038-z
4. Ferro, P., Bonollo, F. (2010) A Semi-analytical Thermal Model for Friction Stir Welding. Metallurgical and Materials Transactions A, 41, 440–449. DOI: 10.1007/s11661-009-0104-y
5. Майстренко А.Л., Нестеренков В.М., Дутка В.А. и др. Моделирование тепловых процессов для улучшения структуры металлов и сплавов методом трения с перемешиванием. Сборник трудов Седьмой Международной конференции, 15–19 сентября 2014 г., Одесса, Украина.
6. Aziz Saad B., Dewan Mohammad W., Huggett D.J.et al. (2016) Impact of Friction Stir Welding (FSW) Process Parameters on Thermal Modeling and Heat Generation of Aluminum. Acta Metall. Sin. DOI 10.1007/s40195-016-0466-2
7. Andrade, D.G., Leitão, C., Dialami, N. et al. (2020) Modelling torque and temperature in friction stir welding of aluminium alloys. Int. J. Mech. Sciences, 182. Doi.org/10.1016/j. ijmecsci.2020.105725
8. Dresbach Christian, Marinus J. van Enkhuizen, Ulises Alfaro Mercado, Stefan Reh. (2014) Simulation of thermal behavior during friction stir welding process for predicting residual stresses. CEAS Aeronaut J. DOI 10.1007/s13272-014-0145-9
9. Meyghani, B., Awang, M., Emamian, S., Khalid Nor M. (2017) Developing a Finite Element Model for Thermal Analysis of Friction Stir Welding by Calculating Temperature Dependent Friction Coefficient. 2nd Int. Conf. on Mech., Manuf. and Process Plant Engin., 107–126. DOI 10.1007/978-981-10-4232-4_9
10. Махненко О.В. (2008) Комбинированное применение метода термопластичности и метода функции усадки для изучения процесса тепловой правки судостроительных панелей. Математичні методи та фізико-механічні поля, 51, 4, 193–201.
11. Nandan, R., Roy, G.G., Lienert, T.J., DebRoy, T. (2007) Three-Dimensional Heat and Material Flow during Friction Stir Welding of Mild Steel. Acta Materialia, 55, 883–895. DOI 10.1016/j.actamat.2006.09.009
12. Ищенко А.Я., Подъельников С.В., Покляцкий А.Г. (2007) Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов (Обзор). Автоматическая сварка, 11, 32–38.
13. Махненко В.И. (1976) Расчетные методы исследования кинетики сварочных напряжений и деформаций. Киев, Наукова думка.
14. Белецкий В.М., Кривов Г.А. (2005) Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение). Киев, Коминтех.

---

Реклама в цьому номері:

---