Автоматичне зварювання, 2025, №04

2025 №04 (03)

DOI of Article 10.37434/as2025.04.04

2025 №04 (05)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 4, 2025, с. 25-32

Математичне моделювання теплових процесів при зварюванні тертям з перемішуванням легких сплавів на основі магнію

О.О. Махненко, О.С. Костеневич, О.В. Махненко

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

Математичне моделювання теплових процесів при зварюванні є одним з ефективних методів прогнозування якості зварного з’єднання в залежності від технологічних параметрів. Однак для отримання адекватної математичної моделі необхідно враховувати цілу низку факторів, які можуть суттєво впливати на точність результатів чисельного аналізу. На прикладі задачі математичного моделювання температурних розподілів при зварюванні тертям з перемішуванням (ЗТП) стикового з’єднання пластин із магнієвого сплаву МА2-1 (AZ31) різних товщин (2 і 8 мм) проведено розрахункове дослідження розподілу максимальних температур і термоциклів в точках на різній відстані від осі зварного з’єднання. Було виявлено, що на результати математичного моделювання процесів теплопровідності при зварювальному нагріві при ЗТП впливають декілька факторів, серед яких одним із суттєвих є тепловідвід у робочий інструмент та оснащення для закріплення. Також для забезпечення точності розрахунку температурних розподілів при ЗТП важливим є вибір оптимальних розмірів моделі стикового з’єднання, щоб уникнути ефекту накопичення тепла в моделі обмеженого розміру, і врахування залежності коефіцієнта тертя від температури матеріалу, оскільки його значення визначає потужність тепловиділення при ЗТП. За отриманими результатами сформульовано рекомендації щодо проведення математичного моделювання теплових процесів при ЗТП легких сплавів. Бібліогр. 12, табл. 4, рис. 11.
Ключові слова: зварювання тертям з перемішуванням, температурні розподіли, термоцикли, тепловідвід, робочий інструмент, підкладна пластина, математичне моделювання, скінченно-елементний аналіз


Надійшла до редакції 08.04.2025
Отримано у переглянутому вигляді 30.06.2025
Прийнято 31.07.2025

Список літератури

1. ISO/TS 18166:2016. Numerical welding simulation – Execution and documentation.
2. Zhenzhen, Yu, Wei Zhang, Hahn Choo, Zhili Feng (2012) Transient heat and material flow modeling of friction stir processing of magnesium alloy using threaded tool. Metallurgical and materials transactions A, 43, 724–737. DOI: https://doi.org/10.1007/s11661-011-0862-1
3. Song, M., Kovacevic, R. (2004) Heat transfer modelling for both workpiece and tool in the friction stir welding process: a coupled model. Proc. Inst. Mech. Engrs., Part B: J. of Engineering Manufacture, 218(1), 17–33. DOI: https://doi.org/10.1243/095440504772830174
4. Майстренко А.Л., Нестеренков В.М., Дутка В.А. и др. (2015) Моделирование тепловых процессов для улучшения структуры металлов и сплавов методом трения с перемешиванием. Автоматическая сварка, 1, 5–14.
5. Gok, A., Aydin, M. (2013) Investigations of friction stir welding process using finite element method. The International J. of Advanced Manufacturing Technology, 68, 775–780. DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-013-4798-z
6. Serindag, H.T., Kiral, B.G. (2017) Friction stir welding of AZ31 magnesium alloys – a numerical and experimental study. Latin American J. of Solids and Structures, 14(1), 113–130. DOI: https://doi.org/10.1590/1679-78253162
7. Tsaryk, B.R., Muzhychenko, O.F., Makhnenko, O.V. (2022) Mathematical model of determination of residual stresses and strains in friction stir welding of aluminium alloy. The Paton Welding J., 9, 33–40. DOI: https://doi.org/10.37434/ tpwj2022.09.06
8. JMatPro® – Practical Software for Materials Properties. https://www.sentesoftware.co.uk
9. He Yang, Liang Huang, Mei Zhan (2011). Hot forming characteristics of magnesium alloy AZ31 and threedimensional FE modeling and simulation of the hot splitting spinning process. In: Magnesium Alloys – Design, Processing and Properties. By Czerwinski F. (Edited), pp. 367–388. DOI: https://doi.org/10.5772/13778
10. Хохлов М.А., Махненко О.О., Костін В.А. та ін. (2024) Термомеханічні процеси у зонах стикових з’єднань зварювання тертям з перемішуванням тонких листів магнієвого сплаву. Автоматичне зварювання, 3, 3–10. DOI: https://doi.org/10.37434/as2024.03.01
11. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. (1985) Структура и свойства металлов и сплавов: тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник. Киев, Наукова думка.
12. Khairuddin, J. (2013) Development of multi component loads, torque and temperature measurement device for friction stir welding process. School of Mechanical Engineering Universiti Sains Malaysia. DOI: https://doi.org/10.13140/ RG.2.1.2165.0085

---

Реклама в цьому номері:

---