Trabajo.fsw

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PAGE 4Universidad Catlica del Norte_____________________________________________

TRABAJO DE INVESTIGACIONSOLDADURA POR FRICCIONNombre:Germn Lpez G.Jess Silva P.

Profesor:Herman Ochoa M.

AsignaturaCiencias de los

Materiales.

ANTOFAGASTA, 27 de Junio del 2007.

CAPITULO 11.1 ResumenLa denominada soldadura por friccin-agitacin o friction stir welding (FSW) es un proceso de fase total de penetracin slida, el cual es implementado por la unin de laminas de metal (principalmente aluminio en la actualidad) sin llegar al punto de fusin, este proceso derivado del proceso por friccin, permite aumentar las ventajas de la soldadura en fase slida a soldaduras a tope, solape y en T sobre superficies planas de gran longitud y a soldadura orbital de caos, es decir posibilita superar la mayor limitacin del proceso convencional que consiste precisamente en la restriccin de su aplicacin a piezas de geometra circular.

Se trata de un proceso de unin en estado slido y sin aporte de material, cuyos excelentes resultados de calidad y gran rango de aplicacin a diversos materiales, incluso en algunos considerados hasta ahora insoldables, lo que lo convierten en una tecnologa muy atractiva para numerosos e importantes sectores industriales.

Este proceso fue patentado en el ao 1991 por el TWI (The welding Institute de Cambridge, Inglaterra).

El mtodo consiste esencialmente en la utilizacin de una herramienta compuesta por un hombro cilndrico con una protuberancia en su extremo inferior que es introducido sobre la junta a soldar a la vez que rota y avanza. El calor producido por el rozamiento del hombro sumado al flujo plstico generado por la agitacin que impone la protuberancia sobre el material da origen a la unin soldada en fase slida. Las piezas deben estar firmemente vinculadas para evitar el movimiento de las mismas mientras la herramienta se desplaza a lo largo de la junta. Una sola pasada de herramienta permite ejecutar soldaduras a tope en espesores que se encuentren entre 1,5 mm y 50 mm (el cual requiere varias pasadas para soldarse con MIG o TIG).

Las aleaciones de aluminio constituyeron el objetivo inicial del proceso por friccin. Dado que el aporte del calor en este proceso y por lo tanto las temperaturas alcanzadas en el material difieren sustancialmente de aquel que se produce en soldaduras por fusin, el proceso resulta de gran inters ya que habilita no solo la soldadura de aleaciones no termo tratables, sino tambin de las aleaciones termo tratables de alta resistencia que normalmente no son soldables mediante procesos convencionales por arco MIG O TIG. Adems de lo indicado, el proceso ofrece como ventajas el no requerimiento de gases de proteccin ni de metal de aporte, la no generacin de humos ni radiacin, la ausencia de fisuras-porosidad y salpicado, la tolerancia a la presencia de oxido, la ausencia de distorsin, la soldadura en toda posicin, y las excelentes propiedades.INDICE DE PGINASCAPITULO 1 2

1.1 .Resumen 2

CAPITULO 2... 7

2.1. Introduccion... 7CAPITULO 3 . 14

3. Revision Bibliografica... 143.1. Un acercamiento caliente al canal Termomecanico caliente usado para la soldaduraporfriccion...... 14

3.1.1. Introduccion.... 143.1.2. Teoria... 163.1.3. Clculo de la distribucin de temperaturas durante el proceso de soldadura 16

3.1.4. Trazar el modelo analtico para una sola fuente de calor 183.1.5.. Resultados para las fuentes de calor de varios puntos

20

3.1.6. Conclusiones .. 223.2 Movimiento de soldadura por friccion en acero bajo en carbono claro granulado ultra fino formado en

procesos.. 243.2.1 Introduccin .. 243.2.3 Resultados y discusin... 273.2.4. Resumen .. 353.3 La Optimizacin de parmetros de proceso de FSW para reducir al mnimo defectos y maximizar vida de fatiga en aleacin de aluminio 5083-H321.. 383.3.1 Introduccin 393.3.2 Detalles experimentales y condiciones de proceso.. 423.3.3. Clculos de energa ... 473.3.4 Efectos de primera trayectoria . 513.3.5 Trayectoria de grieta de la fatiga . 533.3.6 Conclusiones 563.4 El mejoramiento de soldadura de movimiento de friccin de impresos de diferente grosor...... 58 3.4.1. Introduccin . 583.4.2. El diseo de proceso .. 613.4.3. Las antiguas pruebas experimentales ( 1 = 0 ) ... 613.4.4. Las nuevas pruebas experimentales ( 1 0 ).. 633.4.5. Modelo numrico para el TWB'S .. 643.4.6. Resultados y discusin .. 673.4.7 Resumen . 69INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Condiciones para la soldadura 11Tabla 3.2.1 Procesos Termomecanicos 26Tabla 3.3.1. Instrumento velocidad rotatoria, alimntese y valores de tono usados con este trabajo .......44Tabla 3.3.2. Extensible (UTS) y datos de fuerza de prueba del 0.2 % para el plato paternal 5083-H321 y el FS se soldadura ..46Tabla 3.3.3 Vida de fatiga para cada combinacin de parmetros de proceso 47Tabla 3.4.1. Los estudios del caso y el instrumento llevan a

hombros ngulos.. 62INDICE DE FIGURAS

Fig 2.1. Soldadura en fro.. .. 7Fig 2.2.Seccin transversal de una junta por soldadura, hecha por friccin de dos aceros diferentes... 8Fig 2.3. Variaciones de la velocidad superficial, el par de torsin, la fuerza axial y la deformacin por soldadura en una soldadura con inercia de 1 segundo. 10Fig 3.1.1 Diagrama esquemtico de FSW juntado un THC.. 15Fig 3.1.2 Distribucin de temperaturas para un solo punto que mueve la fuente en 400 revoluciones por minuto y

4 mm/s 19Fig 3.1.3 Distribucin de temperaturas para un solo punto que mueve fuente en 3000 revoluciones por minuto y 4 mm/s 19Fig 3.1.4 Distribucin de temperaturas para un solo punto que mueve la fuente en 400 revoluciones por minuto y 1 mm/s. 20Fig 3.1.5 Distribucin de temperaturas para un solo punto que mueve la fuente en 3000 revoluciones por

minuto y 1 mm/s. 20Fig 3.1.6 Distribucin de temperaturas para multipunto que mueve fuente de calor con d1 = 7.5mm y d2 = 3.75mm. . 21Fig 3.1.7Distribucin de temperaturas para multipunto que mueve fuente de calor con d1 = 10mm y d2 = 5mm.. 22Fig 3.1.8 Distribucin de temperaturas para multipunto que mueve fuente de calor con d1 = 15mm y d2 = 7.5mm... 22Fig. 3.2.1 El diagrama esquemtico del tratamiento de calor en la martensita trata para obtener el acero granulado ultrafino 25Fig 3.2.2 Las microestructuras de TEM de aceros bajos de carbn claros28Fig 3.2.3 Los microgrficos pticos de secciones transversales de la zona soldada en aceros bajos de carbn claros 28Fig 3.2.4 Los perfiles de dureza en uniones FSW de acero bajo de Carbn.. 30Fig 3.2.5 EM las imgenes de campaa brillantes de uniones FSW de acero bajo de carbn 31Fig 3.2.6 El grano de ferrita medio pone la talla en uniones FSW de acero bajo de carbn. 31Fig 3.2.7 El TEM imgenes de campaa brillantes 32Fig 3.2.8 Los histogramas mostrando ngulos de orientacion entre clulas adyacentes / (suscripcin) granos en uniones FSW de acero bajo de carbn 33Fig 3.2.9 imgenes de campaa brillantes en uniones FS de acero bajo de carbn 33Fig 3.2.10 Los perfiles de dureza de uniones FSW de acero bajo de Carbn. 35Fig 3.3.1 Ilustracin esquemtica de encadenamientos propuestos entre entrada y parmetros de salida en FSW. 40

Fig 3.3.2 Ilustracin de proceso de FSW [3].. 40Fig 3.3.3a. Variacin de torsin de instrumento con distancia de soldar. Se soldan 750 mm de largo. 41Fig 3.3.3b. La variacin del instrumento fija la temperatura con la distancia de soldar. Se soldan 750 mm de largo 41Fig 3.3.3c. Variacin de fuerza en avin FX con distancia de soldar. Se soldan 750 mm de largo. 41Fig 3.3.3r. Variacin de hacia abajo para forjar fuerza con distancia de soldar. Se soldan 750 mm de largo. 42Fig 3.3.4. La geometra de instrumento de flauta usada para hacer el FS.... 43Fig 3.3.5 Correlacin entre tensin residual longitudinal mxima y entrada de calor 48Fig 3.3.6 Diagramas polares de fuerza consiguiente durante FS..... 48Fig 3.3.7. Entrada de poder friccional contra resistencia a la tensin. 49Fig 3.3.8. La correlacin entre poder friccional y vida de fatiga de soldadura en una tensin extensible aplicada de 242 MPa.. 50Fig 3.3.9. Relacin entre resistencia a la tensin y vida de fatiga medida bajo una tensin extensible aplicada de 242 MPa. 50Fig 3.3.10. Poder friccional como una funcin de instrumento velocidad rotatoria y precio de comida. 51 Fig 3.3.11a. Una superficie de fractura extensible sin defecto. 52Fig 3.3.11b. La piel de cebolla (OS) deserta en una superficie de fractura extensible. 52Fig 3.3.11c. Faceta plana (P) en una superficie de fractura extensible 52Fig 3.3.12. Tipo de defecto y acontecimiento como una funcin de resistencia a la tensin y velocidad de instrumento. 53Fig 3.3.13. La vida de fatiga como una funcin de defecto y entrada de poder. 55Fig 3.3.14a. El sitio de iniciacin de grieta de fatiga tpico en soldadura 2 55Fig 3.3.14b. El sitio de iniciacin de grieta de fatiga tpico en soldadura 7. 55Fig 3.3.14c. El sitio de iniciacin de grieta de fatiga tpico en soldadura 10 56Fig3.4.1 Esbozo del instrumento utilizado y parmetros geomtricos. . 62Fig 3.4.2. El giro de ajuste de encuentro utilizado en la fresadora de CNC de cuatro hachas 63Fig 3.4.3. El diseo del ngulo . 63Fig 3.4.4. El modelo de FEM utilizado. 65Fig 3.4.5. La vinculacin de inclinacin de lnea y resistencia conjunta contra proporcin de grosor... 66Fig 3.4.6. La soldadura ineficaz debido a una opcin incorrecta de dos teta anda buscando el estudio del caso a. 67Figura 3.4.7. Perfil de temperaturas en una seccin transversal para los estudios del caso indicados 68Figura 3.4.8. Resistencia conjunta contra proporcin de grosor.. 68Figura 3.4.9. Distribucin de microdureza para estudio del caso c en alturas diferentes del fondo de soldadura 69CAPITULO 22.1 IntroduccinLa soldadura por friccin es un proceso en el cual se produce el calor por la conversin directa de energa mecnica energa trmica en las caras de contacto de las piezas de trabajo, sin aplicacin de calor de fuentes externas. Las soldaduras por friccin se hacen sosteniendo una pieza en contacto con otra que esta girando bajo una presin constante o de crecimiento gradual. La entrecana superficie de unin de las dos piezas alcanza la temperatura de soldadura y en ese momento se detiene la rotacin de la pieza mvil para hacer la unin. La soldadura ocurre bajo el efecto de la presin que se aplica mientras esta zona calentada al intervalo plstico de temperatura.Figura 2.1. Soldadura en fro: a) Los dados o matrices avanzan uno hacia el otro hasta que se tocan las superficies por unir; b) Compresin adicional se logra que el metal se deforme por aplastamiento y fluya hacia a las depresiones del rea de relmpago; c) Determinacin de la soldadura.

En la figura 2.2 se ilustra una seccin transversal de una junta por soldadura, hecha por friccin de dos aceros diferentes. El acero de mayor forjabilidad tiene la mayor deformacin por aplastamiento. Cuando se sueldan metales similares, la magnitud de la deformacin es aproximadamente igual en ambos lados de la lnea de unin.

Hay tres mtodos de unir piezas de trabajo por soldadura de friccin: 1) la soldadura por friccin convencional, 2) la soldadura por inercia y 3) la soldadura por friccin por volante.

Soldadura por friccin convencional: en este mtodo se convierte la energa mecnica en energa calorfica haciendo girar una pieza de trabajo mientras se la presiona contra otra pieza que no esta girando. Despus de un periodo de tiempo especfico, se detiene sbitamente la rotacin, y se aumenta la presin, sostenindola durante otro periodo especfico, para producir la unin soldada. La maquina que se requiere para la soldadura de friccin convencional se parece a un torno motorizado equipado con un sistema eficiente de frenado del husillo, un medio para aplicar y controlar la presin axial, y un contador de tiempo de ciclo para compensar las variables de las piezas de trabajo, tales como el punto de fusin, la conductividad trmica del metal, y los cambios metalrgicos que ocurren durante el ciclo de calentamiento, particularmente cuando se estn soldando metales diferentes.

Soldadura por inercia: Aqu la pieza de trabajo componente que tiene que girar se sujeta en un conjunto de mandril y volante. La otra pieza de trabajo se sujeta en una prensa no giratoria. El conjunto giratorio se acelera luego hasta una velocidad predeterminada; se desconecta el volante de la fuente de poder, y se ponen en contacto las piezas de trabajo aplicando una fuerza constante. La energa del volante se convierte rpidamente en calor en la entrecara, realizndose la soldadura al cesar la rotacin.

La maquina de soldadura por inercia se construye con una bancada horizontal y con barras de amarre elevadas, para contener las reacciones por presin axial y par de torsin, as como para asegurar el alineamiento preciso del husillo con la bancada. El husillo se acciona por medio de un motor hidrosttico, a travs de una transmisin con cambios de engranajes. Un contrapunto accionado hidrulicamente se retrae en forma ajustable, para cargar y descargar la maquina. Puede agregarse al contrapunto un tornillo de banco autocentrable, para sujetar partes cilndricas, y se utilizan dispositivos para la sujecin de partes asimtricas, en los casos en que no resulte adecuado el tornillo de banco. El husillo cuenta con medios para la instalacin de un mandril de quijada convergentes, emplendose una palanca para abrir y cerrar las mordazas.

El tamao del volante (momento de inercia del volante o del husillo) se ajusta agregando o quitando discos al volante. La velocidad del husillo y la presin axial se ajustan observando las cartulas de los instrumentos situados en el tablero de control.

En la figura 2.3 se ilustran dos caractersticas de la soldadura por inercia de unas barras de acero con bajo contenido de carbono, de 1 pulgada de dimetro (disminuyendo en forma continua la velocidad de la superficie de la pieza de trabajo, y cambiando en forma continua el par de torsin en la entracara de la unin. La velocidad de la superficie comienza con un cierto valor inicial, y decrece, siguiendo una curva esencialmente parablica, hasta cero, en cuyo momento se efecta la soldadura. El tiempo de calentamiento y de soldadura es generalmente de 0.2 a 4 segundos.

El par de torsin tiene un valor mximo de corta duracin al principio del ciclo, decrece gradualmente, y luego aumenta hasta que la velocidad ha bajado hasta el valor al que comienza la soldadura, en cuyo momento se eleva bruscamente el par de torsin. Este alto par va acompaado del forjado en la zona de soldadura, y es el que ocasiona gran parte de la deformacin por aplastamiento. La fase de alto par de torsin, que solo esta presente en la soldadura de inercia, refina la estructura de los cristales, y expulsa los xidos que pudiera haber en la entrecara de la soldadura. La parte gradualmente decreciente y creciente de la curva del par de torsin es esencial para la formacin de buenas soldaduras. La segunda fase (bajo par de torsin) generalmente no se desarrolla cuando la velocidad inicial es demasiado baja.

Figura 2.3. Variaciones de la velocidad superficial, el par de torsin, la fuerza axial y la deformacin por soldadura en una soldadura con inercia de 1 segundo.

En la tabla 2.1 se presentan las condiciones para la soldadura por inercia de barras de 1 pulgada de dimetro, en combinacin de metales similares y diferentes.

Otras diferencias entre la soldadura por inercia y la soldadura convencional por friccin son, la aportacin de energa en la entrecara de la soldadura, y el tiempo de calentamiento. La potencia necesaria para la soldadura misma no es importante en la soldadura por inercia, porque cualquiera que sea la potencia que se requiera, puede ser aportada siempre por la desaceleracin del volante al rgimen requerido. En la soldadura convencional por friccin, la potencia se ve limitada por el tamao del motor de impulsin.

La alta potencia que se utiliza en la soldadura por inercia proviene de la presin axial que se aplica en forma bastante rpida. Las demandas de potencia, en la soldadura, en la soldadura convencional por friccin, las controla y limita la capacidad del motor, al aplicar la presin axial lentamente: generalmente transcurren de 2 a 4 segundos antes de aplicar la presin plena. Los menores regmenes de calentamiento de la soldadura convencional por friccin requieren ms energa, porque gran parte del calor se disipa en la entracara de soldadura. Mediante aplicaciones rpidas de pequeas cantidades de energa, la soldadura por inercia produce zonas afectadas por el calor mas estrechas que las que se originan en la soldadura convencional por friccin.

En la soldadura por inercia, el trabajado de intenso calor de la zona de soldadura, seguido inmediatamente por enfriamiento rpido, da origen a un tamao de cristales muy pequeos al quedar terminada la soldadura. El tratamiento trmico subsecuente hace que vuelvan los cristales a su tamao normal.

Soldadura por friccin con volante: Este mtodo de soldadura se hace con una maquina en la que la energa mecnica es restaurada a la maquina y obtenida de la misma mediante un volante, en cantidades prederteminadas, y reguladas por la velocidad de este. La cantidad de energa entregada por el volante viene determinada por su velocidad cuando se aplica por primera vez la presin axial, y por la velocidad a la que se desembraga el husillo del motor.

En la soldadura por friccin con volante es incluyen caractersticas de ambos procesos, el convencional y el de inercia. Los volantes estn conectados al motor de impulsin y al husillo, y se acoplan mediante un embrague integral. El sistema motor-volante gira en forma continua, y se acopla al sistema volante-husillo para impulsar la piezas de trabajo giratoria a la velocidad correcta. Despus que se ha extrado la energa necesaria, se desembraga el conjunto motor volante del conjunto husillo volante. El conjunto husillo volante, que tiene momento de inercia bajo, se detiene rpidamente, sin frenarlo, para completar la soldadura.

En la operacin, una de las piezas de trabajo se sujeta firmemente en un mandril de mordazas montado en el husillo. Se embraga a continuacin, para hacer girar la pieza de trabajo a una velocidad predeterminada. La pieza de trabajo compaera se sujeta en el contrapunto o unidad de cola, y se la pone en contacto con la pieza de trabajo que esta girando. Posteriormente se aplica una presin para calentar las piezas de trabajo. Despus de un tiempo predeterminado, o de una cierta velocidad del husillo, se desembraga y se aplica una presin para soldar que detiene la rotacin y completa la soldadura. Despus de desembragar el volante, puede continuarse con la presin de calentamiento, o bien puede aplicarse inmediatamente la presin de la operacin soldar. En consecuencia, pueden emplearse tanto energa cintica como energa mecnica directa para calentar las piezas de trabajo a la temperatura de soldadura, aunque la maquina este diseada de manera que todo el calentamiento se deriva de la energa cintica del volante en rotacin libre, y nada de la energa mecnica directa.

Usando la soldadura por friccin puede soldarse casi cualquier combinacin (no tratndose de babits o hierro fundido), de los metales ferrosos y no ferrosos, as como de metales sinterizados. La deformacin por aplastamiento en el rea soldada alcanza una alta dureza, la que resulta del enfriamiento rpido, por lo cual el material excedente se elimina en ocasiones por cizalleo en caliente (en vez de recurrir al esmerilado o al maquinado), antes de que se enfri la parte soldad.

CAPITULO 3Revisin Bibliogrfica

3.1 UN ACERCAMIENTO AL CANAL TERMOMECANICO CALIENTE USADO PARA LA SOLDADURA POR FRICCION

S. Mandala y K. Williamsonb Departamento de Ingeniera Mecnica, Old Dominion University, Norfolk, VA 23529, E.E.U.U. Departamento de Tecnologa Industrial, Universidad de Carolina del Este, Greenville, NC 27858, EE. UU Recibido el 10 de junio de 2004; revisado el 25 de enero de 2005; aceptado el 13 de diciembre de 2005. Disponible en lnea el 28 de febrero de 2006. Extracto

Este artculo proporciona un marco terico para desarrollar un acercamiento al canal termomecnico caliente (THC) para aumentar el proceso de la soldadura por friccin (FSW). El modelo sigue de la solucin de Rosenthal para las fuentes mviles del punto donde la entrada del calor del hombro de la herramienta acta como fuente caliente mientras que las plasmas o las fuentes de calor del lser proporcionan la entrada de una energa ms alta. El acercamiento al THC tiene como objetivo disminuir de desgaste de la herramienta reduciendo la demanda para el calor friccional del hombro y del perno de la herramienta. En el modelo propuesto, el THC que procesa temperaturas aproximadamente de 1000 C, la cual est cerca de la temperatura requerida para la soldadura por friccin del acero.

Palabras claves: La soldadura por friccin; Desgaste de la herramienta; El precalentar; Canal caliente termomecnico

3.1.1 Introduccin

La soldadura por friccin-agitacin (FSW) ha emergido como mtodo innovador para ensamblar las aleaciones de la temperatura del punto bajo que derriten como aluminio el-magnesio el-(y Al-) (magnesio). El proceso combina el calentamiento por friccin con la deformacin plstica intensa para producir empalmes eficientes de los coste con caractersticas mecnicas mejores que tcnicas convencionales de la soldadura por fusin. FSW se ha aplicado ya a la construccin de las estructuras de aluminio transporte en el-[1] [y la 1] industria aeroespaciales, y se est investigando a fondo para el uso en las estructuras de acero en la industria de la construccin naval.Aunque la mayor parte la investigacin sobre FSW ha estado en el aluminio, las investigaciones para el acero siguen siendo relativamente nuevas. Los ensayos del laboratorio realizados con el acero con poca cantidad de carbono por Thomas [1] de TWI demostraron que el calor requerido para inducir la deformacin plstica al aluminio es mucho ms alto. Para el proceso de FSW los aceros requieren hacer girar la herramienta a velocidades mucho ms rpidas dando por resultado tarifas lejos ms altas de un desgaste de la herramienta para los empalmes de acero comparados un empalmes de aluminio ms suaves. Este Factor es altamente pronunciado para las autgenas largas. Thomas [1] [y 5] y Lienert y otros. [6] han divulgado el significativo desgaste de la herramienta durante la soldadura por friccin-agitacion del acero. En sus experimentos, Thomas redujo al mnimo el desgaste de la herramienta usando los agujeros pretaladrados, menores que el dimetro del perno de la herramienta como medios de reducir el alto desgaste de la herramienta durante el hundimiento. En su investigacin, Lienert y otros. [6] han sugerido que el creciente desgaste durante el hundimiento puede ser debido a la alta carga de la mayor tensin del flujo del objeto fro. Adems de pretaladrar los agujeros para reducir al mnimo el desgaste, permitiendo que la herramienta se haga girar en una posicin por un suficiente tiempo, plastifica el material adicional del objeto y crea la entrada adicional del calor a travs de trabajo plstico.

Los experimentos en curso reflejan esfuerzo significativo hacia el desarrollo de tcnicas ms robustas de FSW para el acero que compensa problemas como el desgaste de la herramienta. El Reemplazo frecuente de herramientas es costoso y lleva un costo adicional que retrasa y reduce la tarifa de produccin. Tambin, la presencia de inclusiones hacia fuera usadas de las herramientas, en la autgena reducira perceptiblemente la calidad del empalme.

Dada la significacin del desgaste de la herramienta durante la soldadura por friccin-agitacin del acero y otros materiales ms duros, este estudio investiga los canales termomecnicos calientes como acercamiento para tomar la FSW ms all de los lmites del aluminio y de otros materiales ms suaves. Aqu la meta es combinar la FSW con el precalentamiento de las fuentes que crean un canal caliente termomecnico (THC) delante de la herramienta de FSW. La idea es precalentar el objeto y reducir la cantidad de calor friccional y posteriormente la tarifa de desgaste de la herramienta (Fig 1).

Fig 3.1.1 Diagrama esquemtico de FSW juntado un THC3.1.2 Teora

El modelo analtico presentado en este articulo es un modelo dimensional basado en el modelo de Rosenthal de la distribucin termal [7] durante soldadura. Se asume que tres fuentes de calor de punto hacen circular un medio semiinfinito. Aqu, consideramos fuentes de punto distribuidas; sin embargo, las soluciones estn disponibles para configuraciones de fuente de lnea. Para simplificar el problema, la transferencia de calor por radiacin y conveccin en la superficie del medio es descuidada.

3.1.3 Clculo de la distribucin de temperaturas durante el proceso de soldadura.El modelo de Rosenthal para la distribucin de temperaturas de un solo punto que mueve la fuente es dado por,

(1)

donde Q es el precio del suministro de calor por el instrumento de movimiento de friccin, k la conductividad termal de la superficie, difusividad termal, =xvt (moviendo el sistema de coordenada), T0 la temperatura inicial del objeto, que es considerado como 25 C, T la subida de temperaturas debido a la fuente de calor menor sola, t el tiempo, v la velocidad lineal del instrumento de movimiento (velocidad de soldar) y

.

Matemticamente, R es el radio de una esfera cuyo valor tiende a cero cuando el calor total entregado al plato alcanza el mximo.

En el caso presente, la subida de temperaturas debido a la fuente de calor menor, T es considerada como el calor generado por el instrumento de movimiento colocado en el origen del sistema de coordenada mvil. El calor generado por el instrumento de movimiento es principalmente por la friccin entre el objeto y el hombro del instrumento de giro. En menor grado hay tambin una contribucin del alfiler de instrumento, que depende del grosor del plato y la longitud de alfiler [4]. Sin embargo, un modelo dimensional, como ste descuida el efecto de grosor. De ah, slo el calor generado por el hombro de instrumento es considerado. Feng et al. [3] y Song y Kovacevic [4] calcularon la entrada de calor friccional del hombro del instrumento. En este caso es asumido que el calor es generado por un contacto de lnea entre el borde del hombro de instrumento y el objeto, que es bastante exacto como mucho tiempo las permanencias de hombro en el contacto con el objeto. El calor generado es dado por,

(2)

donde F es la fuerza hacia abajo aplicada por el instrumento en el objeto, la velocidad angular de la rotacin del instrumento, el coeficiente de friccin entre el instrumento y el objeto y r es el radio del hombro de instrumento.

La subida de temperaturas debida por mover el instrumento puede ser por lo tanto calculada de la ecuacin,

(3)

Kannatey-Asibu [2] demuestra que la subida de la temperatura debido a la fuente dual que precalienta desplazada del origen est dada cerca,

(4)

donde 1 la subida de temperaturas debido a la precalentacin de la fuente el ms cercana al instrumento de movimiento, P1 la entrada de calor de la primera fuente de precalentacin, = d1, d1 es la separacin de distancia entre el instrumento de movimiento y la primera fuente de precalentacin y

.

Del mismo modo, el incremento de la temperatura debido a la segunda fuente de precalentacin es dada por,

(5)

donde 2 es la subida de temperaturas debido a la segunda fuente de precalentacin. = d2, d2 es la distancia entre el instrumento de movimiento y la segunda fuente de precalentacin y

.

De Eqs. (1), (2) y (3), puede ser concluido que la ocasin de temperaturas debido al calor generado por el instrumento de movimiento y las dos fuentes de precalentacin puede ser dada por,

(6)

Esta ecuacin podra ser generalizada para dar incrementos de temperaturas debido al nmero n de precalentar fuentes.

(7)

donde n es el nmero de precalentar fuentes,Pi las fuentes de precalentacin ya que i = 1n y di es la distancia de ith precalentacin de la fuente del instrumento de movimiento.

3.1.4 Trazar el modelo analtico para una sola fuente de calor

Mostrar las ventajas de aumentar el proceso FSW tratada con un THC, compararemos la distribucin de temperaturas de FSW con un punto solo que mueve la fuente de calor a FSW conectado a un THC con fuentes de punto mltiples que nos mueven en la misma velocidad que el instrumento FSW. A fin de generar diagramas de contorno de la distribucin de temperaturas en caso de un solo punto que mueve la fuente, se asumi que los valores siguientes llegaban a una solucin para la ecuacin. La fuerza hacia abajo se aplic en el objeto por el instrumento de movimiento, F = 100 N; coeficiente de friccin entre instrumento y el objeto, = 0.6; radio de hombro de instrumento, r = 9.525mm; la conductividad termal de la superficie, k = 0.028 W/mm K (el objeto es asumido como el acero suave); densidad de acero suave, = 7.8 106 kg/mm3; calor especfico de acero suave, c = 0.75 kJ/kg K; difusividad termal del acero suave, = k / ( c) = 4.786 mm2/s. Los diagramas tienen una variedad de 80 a +50 mm a lo largo del x-eje (la longitud del espcimen) y 40 a +40 mm a lo largo del y-eje (la anchura del espcimen). La velocidad de rotacin del instrumento de movimiento y la velocidad de soldar fue variada para estudiar los efectos que ellos tenan en la distribucin de temperaturas en el objeto. En el primer caso la velocidad de soldar fue fijada en 4 mm/s y la velocidad de rotacin del instrumento fue evaluada en 400 y 3000 revoluciones por minuto. Para el siguiente caso, la velocidad de soldar fue reducida a 1 mm/s con las velocidades de rotacin de instrumento que son 400 y 3000 revoluciones por minuto.

De las Fig 2, Fig 3, Fig 4 y Fig 5 se puede ver que para el proceso FSW sin un THC, el calor generado es concentrado sobre una muy pequea regin. Para FSW a 400 revoluciones por minuto, la temperatura 5mm delante del instrumento est cerca de la temperatura ambiente y el aumento de la velocidad a 3000 revoluciones por minuto no causa ninguna disminucin significativa en el declive de temperaturas. Aqu, el aumento de la velocidad tena un impacto insignificante en la distribucin del calor alrededor del instrumento. Este es, en parte debido a difusividad termal baja del acero suave comparado con el aluminio donde una cantidad significativa del calor es transferida al frente del instrumento durante FSW. El cambio insignificante en temperaturas delante de la herramienta para el acero suave sugiere que la herramienta encuentre constantemente las regiones del objeto que est en la temperatura ambiente de tal modo que aumenta la cantidad de energa requerida y facilite posteriormente el desgaste. Para los aceros, estos resultados sugieren que eso los aumentos de aumento de la velocidad del huso solamente usen sin ninguna ventaja significativa al proceso.

Aqu, la disminucin de la velocidad de soldadura de 4 a 1 mm/s mejora realmente la distribucin de temperaturas como es mostrado en las Fig 4 y Fig 5. Para una velocidad que gira a 400 revoluciones por minuto y una velocidad de soldadura de 1 mm/s, la temperatura que 5 mm delante del instrumento est alrededor de 100 C, y para 3000 revoluciones por minuto esto es ms de 400 C. Esto demuestra que a una velocidad de la soldadura de 1 mm/s la herramienta de movimiento requiere hacer poca cantidad de trabajo para continuar el proceso de la soldadura, para as reducir el desgaste de s mismo. Sin embargo, esto viene en el costo de una drstica disminucin en la velocidad de la soldadura a partir del 4 a 1 mm/s, que es obviamente un asunto costoso que considera la disminucin de la tarifa de la produccin.

Fig 3.1.2 Distribucin de temperaturas para un solo punto que mueve la fuente en 400 revoluciones por minuto y 4 mm/s.

Fig 3.1.3 Distribucin de temperaturas para un solo punto que mueve fuente en 3000 revoluciones por minuto y 4 mm/s.

Fig 3.1.4 Distribucin de temperaturas para un solo punto que mueve la fuente en 400 revoluciones por minuto y 1 mm/s.

Fig 3.1.5 Distribucin de temperaturas para un solo punto que mueve la fuente en 3000 revoluciones por minuto y 1 mm/s. 3.1.5 Resultados para las fuentes de calor de varios puntos

Para FSW combinado con THC, la velocidad de soldadura y la velocidad de rotacin del instrumento son fijadas en 4 mm/s y 400 revoluciones por minuto, respectivamente. Los otros parmetros usados para calcular la distribucin de la temperatura en un FSW normal tambin se conservan. En este caso que precalienta las fuentes, son colocadas delante del instrumento. En una seccin anterior, Eq. (7) fue desarrollado para calcular la distribucin de temperaturas en un objeto cuando el nmero de n de precalentar fuentes es aadido a un proceso de FSW normal. Para la evaluacin corriente, dos fuentes de precalentacin son usadas, es decir n = 2. Las distancias entre la fuente de precalentacin e instrumento de movimiento (d1) y que entre las dos fuentes de precalentacin (d2) son cambiados para generar diagramas diferentes. La distancia entre la primera fuente de precalentacin y el instrumento de movimiento es variada de 10 a 15 mm y la distancia entre las dos fuentes de precalentacin es asumida como la mitad la distancia entre el instrumento de movimiento y la primera fuente de precalentacin. Las distancias asumidas aqu son arbitrarias. Ellos podran ser variados segn el material del objeto y la temperatura de precalentacin requerida para soldar con xito. Para el proceso de soldadura de movimiento de friccin con la precalentacin de fuentes, la entrada de calor es concentrada en un canal caliente delante del instrumento de movimiento. Este significa que el movimiento ocurrira en una regin mas caliente que en la soldadura de movimiento tpica. Potencialmente, la demanda de energa del trabajo plstico por el instrumento es bastante reducida con consecuencias para el desgaste reducido tambin. De Fig 6, Fig 7 y Fig 8, se puede ver que la temperatura del objeto alrededor de 5 mm delante del instrumento es aproximadamente 1100 C para d1 = 7.5mm, 900 C para d1 = 10mm y alrededor de 500 C para d1 = 15mm. En los dos primeros casos que es d1 = 7.5 y 10 mm, las temperaturas predichas estn alrededor de la temperatura relatada por Thomas [1] y [5] en sus experimentos en movimiento de soldar acero. Esto significa que si el canal termomecanico caliente delante del instrumento de movimiento estuviera en temperaturas como predicho por este modelo, entonces es requerido menos trabajo por el instrumento de movimiento para levantar la temperatura de objeto y reducir tensiones de flujo como requerido para la soldadura de movimiento. Al contrario, en caso de la fuente de movimiento sola, hasta en 3000 revoluciones por minuto, la temperatura 5mm delante del instrumento era poco ms de 50 C en una velocidad de soldar similar como el caso presente, es decir 4 mm/s. La reduccin de la velocidad de soldar de 4 a 1 mm/s aument la temperatura a alrededor de 500 C. Sin embargo, este significa que si se soldan el precio de produccin es reducido cuatro veces. Tambin, en una velocidad rotatoria de 3000 revoluciones por minuto, el precio de desgaste en el instrumento sera mucho ms alto que en caso de 400 revoluciones por minuto usadas en punto mltiple que mueve fuentes. Este modelo as demuestra que el mtodo de un canal termomecanico caliente delante del instrumento de movimiento es una opcin viable para reducir el desgaste del instrumento y tambin aumentar las velocidades de soldadura.

Fig 3.1.6 Distribucin de temperaturas para multipunto que mueve fuente de calor con d1 = 7.5mm y d2 = 3.75mm.

Fig 3.1.7 Distribucin de temperaturas para multipunto que mueve fuente de calor con d1 = 10mm y d2 = 5mm.

Fig 3.1.8 Distribucin de temperaturas para multipunto que mueve fuente de calor con d1 = 15mm y d2 = 7.5mm. 3.1.6. Conclusiones

El concepto de un canal termomecanico caliente para precalentar durante la FSW de materiales de alta durez como el acero es analizado con respecto a sus efectos en la mejora de vida de instrumento. Los resultados indican que la presencia de precalentar fuentes delante del instrumento de movimiento, reduce considerablemente el declive de temperaturas, comparando con FSW convencional. Este conducira a la menor cantidad del trabajo hecho por el instrumento, que se traduce en un menor desgaste del instrumento y vida de instrumento ms larga.

En el resumen debera ser notado que los resultados indicaron en Fig 6, Fig 7 y Fig 8 estn basados slo en parmetros tericos. Los parmetros actuales dependeran de datos experimentales para las fuentes de calor usadas para desarrollar el THC. Por ejemplo, es posible que cualquier cambio en la entrada de calor de las fuentes de precalentacin tal vez compensadas correspondiendo cambios en la entrada de calor de la friccin va la velocidad rotatoria del instrumento. Las tcnicas de optimizacin de diseo podran proporcionar estimaciones buenas para las distancias entre las fuentes y las velocidades rotatorias y lineales ptimas que podran ser usadas para el movimiento que solda materiales ms difciles como el acero para producir soldaduras mas largas con una consecuente soldadura de calidad.

Reconocimiento

Este trabajo fue apoyado por la Divisin de la Fundacin de Ciencia Nacional de Diseo, Fabricando e Innovacin Industrial bajo el Premio #0343646.

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3.2 MOVIMIENTO DE SOLDADURA POR FRICCION EN ACERO BAJO EN CARBONO CLARO GRANULADO ULTRA FINO FORMADO EN EL PROCESOS MARTENSITICO.R. Ueji, , H. Fujii, L. Cui, A. Nishioka, K. Kunishige y K. NogiaDepartment de Ciencia de Materiales Avanzada, Universidad de Kagawa, 2217-20, Hayashi-cho, Takamatsu 761-0396, JapnbJoining y Soldando Instituto de Investigacin, Universidad de Osaka, 11-1, Mihogaoka, Ibaraki, Osaka 567-0047, JapnCentro de Investigacin de Ciencia de cLife, Universidad de Kagawa, 2217-20, Hayashi-cho, Takamatsu 761-0396, Japn Recibido el 16 de diciembre de 2005; revisado el 6 de febrero de 2006; aceptado el 17 de febrero de 2006. Disponible en lnea el 17 de abril de 2006

Extracto

La combinacin del movimiento de la soldadura por friccion (FSW) es un proceso termomecnico para el acero granuloso ultrafino (proceso martensitico) fue estudiada a fin de obtener un equilibrio preferible entre la fuerza del metal bajo y esto en la zona de movimiento manteniendo una fuerza alta en ambas reas. Los aceros bajos de carbn claros con tres clases de microestructuras, (listn-martensita, estructura de clula de dislocacin laminar ultrafina y estructura granulosa ultrafina multidividida en fases) estuvieron listos por el proceso de la martensita y examinados de la soldadura de FS. La microestructura y la dureza alrededor de la zona de movimiento fueron considerablemente afectadas por la microestructura del metal bajo. Despus del FSW, el acero hecho rodar por fro tena la fuerza ms alta en la zona de movimiento con el tamao de grano de ferrita ms pequeo de los tres. La templadura subsecuente hechos rodar por fro y FS se sold el acero realiz la fuerza ms alta tanto en el metal bajo como en la zona de movimiento que aquel del acero bajo de carbn claro convencional.

Palabras clave: acero bajo de carbn; soldadura de movimiento de friccin; proceso Martensitico; microestructura granulosa ultrafina; Dureza; Martensita.

3.2.1 Introduccin

El refinamiento de grano extremo de un tamao de grano convencional (10 m) a menos de 1 m proporciona una fuerza alta preferible a materiales metlicos usados para aplicaciones estructurales 1 y 2 Algunos procesos han sido propuestos para el refinamiento de grano extremo. Un proceso de deformacin plstico severo, como vinculacin de rollo acumulativa (ARB) 2 y 3 canal igual apretamiento angular (ECAP) 4 y 5, es uno de los procesos posibles en cual plstico tiran ms alto que 4 es aplicado a los metales. Otro proceso para el refinamiento de ultragrano en el acero es el proceso martensitico 6 y 7, en que la caracterstica primaria debe usar martensita como una microestructura inicial para el proceso de termomecnico, como mostrado en la fig. 3.2.1 Este proceso consiste en el balanceo fro convencional con una reduccin del grosor de ms del 25 % y templadura subsecuente en la temperatura caliente en los lmites de 500 a 600 C. Es posible fabricar con xito una hoja de acero granulosa ultrafina o la barra con la fuerza alta por ambos procesos.

Fig. 3.2.1 El diagrama esquemtico del tratamiento de calor en la martensita trata para obtener el acero granulado ultrafino.

En cuanto a la aplicacin de ingeniera del acero granulado ultrafino, uno de los pasos de procesamiento esenciales se solda o se une porque es difcil fabricar directamente una estructura grande o compleja con una microestructura granulada ultrafina. Si la soldadura de fusin es aplicada a aceros granulosos ultrafinos, el crecimiento de grano fcilmente ocurre y las disminuciones de fuerza. Por otra parte, el movimiento de friccin que solda (FSW) es un proceso de soldadura de fase slido durante el cual un calor inferior introducido limita el crecimiento de grano. As, FSW debera ser un mejor mtodo de soldar para aceros granulosos ultrafinos que la soldadura de fusin 8, 9, 10 y 11. Realmente, Fujii et al.12 estudiado la aplicacin de FSW en ARB trat el acero. Este estudio intent aplicar el FSW para afiliarse a aceros granulados ultrafinos obtenidos por el proceso de martensita.

El proceso martensitico para el acero bajo de carbn incluye tres pasos termomecanicos: (1) apagamiento, (2) balanceo fro, (y 3) templadura de temperaturas caliente. Para el FSW para ser incluido durante el proceso martensitico, el objetivo de este estudio es encontrar la mejor combinacin de FSW y el proceso martensitico para el acero bajo de carbn claro granulado ultrafino con la fuerza suficiente tanto en el metal bajo como en la unin.

3.2.2 Procedimiento experimental

Acero bajo de carbn claro (0.14 % de masas % de C-0.64 % de Mn-0.002 % de N-0.01 % de Si-0.02 Ntese-bien-Fe; el JIS-SM490) fue usado en este estudio. Las dimensiones de las muestras rectangulares eran 2.3 mm de espesor, 200mm de largo y 25mm amplio. El como - la hoja recibida tena una estructura de ferrita-perlita. El proceso martensitico fue conducido como sigue. En primer lugar, la hoja era austenitizada en 1000 C para 0.9 kg en un Ar + 10 % de H2 volumen atmsfera, seguida de apagamiento de agua para obtener la estructura de martensita. Hicieron rodar por fro las hojas apagadas a una reduccin del 35 % en 1 pase. Despus del balanceo fro, el grosor de la hoja era 1.5mm. El balanceo fro fue conducido por un molino dos altos con un dimetro de rollo de 310mm en un rollo velocidad perifrica de 17.5 mts/minutos. El petrleo de mquina fue usado como el lubricante. La hoja hecha rodar por fro fue templada en 550 C para 1.8 kg en una atmsfera Ar. Algunos del como - las hojas recibidas eran primer el 35 % hecho rodar por fro, entonces posteriormente austenitizada y apagaron para obtener una hoja martensitica con un grosor de 1.5 mm. Por consiguiente, tres tipos de muestras con microestructuras diferentes que tienen el mismo grosor fueron obtenidos. El proceso termomecnico conducido en este estudio es resumido en la siguiente tabla 1

Tabla 3.2.1 Procesos TermomecanicosEspcimen

Proceso Termomecanico

Hoja apagada(1) Balanceo fro del 35 %

(2) Austenitizacion en 1000 C para 0.9 kg

(3) Apagar en el agua

Hoja hecha rodar por fro(1) Austenitizacion en 1000 C para 0.9 ks


(3) Balanceo fro del 35 %

Hoja templadaAustenitizacion en 1000 (1) C para 0.9 kg


(3) Balanceo fro del 35 %

(4) Templadura en 550 C para 1.8 kg

Tres clases de muestras (el apagado, el hecho rodar por fro, y las hojas templadas) fueron soldadas por extremo a lo largo de la direccin rodante (RD) utilizacin de una mquina FSW. El instrumento, que fue hecho de WC 12, tena a 12mm dimetro de hombro, 4mm el dimetro de sonda y 1.4 mm sondan la longitud. El instrumento fue inclinado por 3. La velocidad de rotacin de sonda se extendi de 250 a 1000 revoluciones por minuto (rotacin/minuto) con una sonda constante que viaja la velocidad de 100 mm/minutos. El Ar protegiendo del gas fue usado durante el FSW. Las microestructuras fueron caracterizadas por microscopia ptica y microscopia de electrn de transmisin (TEM). Para las observaciones TEM, el perpendicular de hojas de metal delgado a la direccin transversal (TD) y paralela a la direccin de soldar (WD) fue cortado del centro de soldar y electropulido en 100 ml HClO4 + 900 ml CH3COOH solucin. Un JEOL 3010 microscopio fue hecho funcionar en 300 kV. Las orientaciones cristalogrficas (de suscripcin) granos en las uniones FSW fueron medidas por el anlisis de Kikuchi-lnea. Una prueba de dureza Vickers fue conducida a lo largo del TD para evaluar los perfiles de dureza en el centro del grosor. 3.2.3 Resultados y discusinLa Fig 3.2.2 muestra las microestructuras TEM del apagado, el hecho rodar por fro y los especmenes templados. El espcimen apagado (a) representa el listn tpico martensitico en aceros bajos de carbn. El espcimen hecho rodar por fro (b) muestra la estructura laminar ultrafina, principalmente alargada a lo largo del RD. El intervalo medio de los lmites laminar es 300 nm. Las estructuras laminares similares han sido antes observadas en materiales considerablemente estirados por el balanceo convencional 13 y 14 o vinculacin de rollo acumulativa (ARB) 6, 15 y 16. El espcimen templado principalmente muestra que una estructura laminar similar al hecho rodar por fro; sin embargo, el lmite tiene una morfologa clara y plana debido a la recuperacin durante la templadura. El espaciado medio de los lmites laminares es 320 nm. Adems, los carburos globulares son distribuidos homogneamente, porque la martensita es una solucin slida supersaturada de carbn. Las durezas medias del como - apagado, el "como el fro hecho rodar" y los especmenes templados eran 360, 448 y 280 Hv, respectivamente.

Fig 3.2.2 Las microestructuras de TEM de aceros bajos de carbn claros apagaron (a), el 35 % hecho rodar por fro (b) y templaron en 550 C para 1.8 kg (c).

La Fig. 3.2.3 muestra microgrficos pticos de la seccin transversal del apagado (a), el hecho rodar por fro (b) y las uniones de aceros (c) templadas por FSW en la velocidad de rotacin de sonda de 600 revoluciones por minuto. El centro de soldar muestra un grado alto de la continuidad y ningunos defectos. Todos los tres muestran una regin grabada al agua fuerte oscura alrededor del centro soldar. La anchura de la regin grabada al agua fuerte oscura a lo largo del centro del grosor est alrededor 10mm.

Fig 3.2.3 Los microgrficos pticos de secciones transversales de la zona soldada en aceros bajos de carbn claros apagaron (a), el 35 % hecho rodar por fro (b) y templaron en 550 C para 1.8 ks (c). El FSW fue conducido en una velocidad de rotacin de 600 revoluciones por minuto. El perfil de dureza a lo largo del TD de las muestras despus de FSW es mostrado en la figura 4. La dureza en la zona de movimiento se disminuy en todos los metales bajos en cualquier velocidad de rotacin. La microestructura del metal bajo y la velocidad de rotacin afecta las tres caractersticas siguientes en los perfiles de dureza: (1) la anchura de la regin de transicin en cual los cambios de dureza del ms alto (basan el metal) al ms bajo, (2) la anchura donde la distribucin de cepilladora con la dureza ms baja ocurre, (y 3) la dureza con un valor mnimo. Comparado en la misma velocidad de rotacin, la anchura de la regin de transicin en las uniones de acero apagadas es ms amplia que aquel del hecho rodar por fro y templ uniones de acero. Este es probablemente debido a la diferencia en el mecanismo emoliente en la regin de transicin durante el FSW. La nueva cristalizacin ocurre en algunas partes del hecho rodar por fro y los especmenes templados donde la temperatura aumenta a la temperatura de nueva cristalizacin; mientras que en el espcimen apagado, una recuperacin adems de la precipitacin del carburo es vista. Cuando comparado para el efecto de la velocidad de rotacin con el mismo metal bajo para todas las uniones, las anchuras de la regin con la dureza ms baja y la regin de transicin se hacen ms grandes con la velocidad de rotacin creciente porque el calor introdujo aumentos con la velocidad de rotacin creciente. El efecto observado de la velocidad de rotacin fue relatado en un estudio anterior en el FSW para el aluminio 17. Debera ser notado que la unin de acero hecha rodar por fro con la velocidad de rotacin ms baja (250 revoluciones por minuto) muestra la dureza mnima ms alta y la anchura ms estrecha de la regin de transicin de todas las uniones en este estudio.

Fig 3.2.4 Los perfiles de dureza en uniones FSW de acero bajo de carbn apagaron (a), el 35 % hecho rodar por fro (b) y templaron en 550 C para 1.8 kg (c). La dureza fue medida en el centro del grosor.

La Fig. 3.2.5 muestra las microestructuras TEM de las zonas de movimiento en todas las uniones de acero evaluadas en este estudio. Todas las microestructuras consisten en la ferrita (suscripcin) granos con una densidad alta de dislocaciones y carburos. Los medios (suscripcin) tamaos de grano son mostrados en la fig.6 El tamao de grano se hace ms pequeo con la velocidad de rotacin decreciente en el mismo metal bajo. El hecho rodar por fro o las uniones de acero templadas tienen un tamao de grano ms pequeo que aquella de la unin de acero apagada para la misma velocidad de rotacin. El tamao de grano en la zona de movimiento de los aceros hechos rodar por fro con la velocidad de rotacin ms baja (250 revoluciones por minuto) es el ms pequeo de todas las uniones de acero. Este corresponde a los resultados de la dureza en la zona de movimiento (Fig 3.2.4).

Fig 3.2.5 TEM las imgenes de campaa brillantes de uniones FSW de acero bajo de carbn apagaron (a) (c), el 35 % hecho rodar por fro (d) (f) y templaron en 550 C para 1.8 ks (g) (i). El FSW fue conducido en una velocidad de rotacin de sonda de 250 revoluciones por minuto (a), (d) (y g), 400 revoluciones por minuto (b), (e), (y h) o 600 revoluciones por minuto (c), (f), (e i). Observado del TD.

Fig 3.2.6 El grano de ferrita medio pone la talla en uniones FSW de acero bajo de carbn apagado, el 35 % hecho rodar por fro y templado en 550 C para 1.8 kg.

La microestructura detallada de las uniones de acero hechas rodar por fro es mostrada como sigue. La fig. 3.2.7 muestra la microestructura TEM (a y b) y el mapa correspondiente que indica el lmite de orientaciones (c y d) de la zona de movimiento de la unin de acero hecha rodar por fro en una velocidad de rotacin de 250 revoluciones por minuto (a y c) o 600 revoluciones por minuto (b y d). En el mapa de orientacin (c y d), los lmites de ngulo bajo (LABORATORIOS) cuya orientaciones son ms pequeos que 15 son indicados por las lneas grises estrechas, mientras los lmites de ngulo alto (HABs) con orientacin ms grande que 15 son dibujados por lneas negras. Las lneas de puntos indican los lmites cuya orientacin no fueron medidos. Los ngulos de orientacin evaluados tambin son atados en el lmite. Los granos de ferrita finos equiaxiales son vistos en la unin de 250 revoluciones por minuto (a), mientras que una mezcla de equiaxiales y granos alargados puede ser encontrada en la unin de 600 revoluciones por minuto (b). Las medidas de orientacin revelaron que la velocidad de rotacin afecta no slo el tamao de grano y la forma, sino tambin el carcter divisorio. La unin de 250 revoluciones por minuto muestra una fraccin alta de lmites de grano de ngulo altos; mientras que las uniones de 600 revoluciones por minuto incluyen una mezcla de los lmites de ngulo bajos y altos. Las distribuciones de los ngulos de orientacin son resumidas en la fig.8. La distribucin de la unin de 250 revoluciones por minuto muestra un pico alrededor de 50 mientras aquella de la unin de 600 revoluciones por minuto muestra dos picos; uno miente en 05 y el otro est alrededor de 40 . La fraccin de lmites de ngulo altos en 250 revoluciones por minuto y 600 revoluciones por minuto es el 84.9 % y el 57.6 %, respectivamente.

Fig 3.2.7 El TEM imgenes de campaa brillantes (a) (y b) y mapa correspondiente mostrando en orientacin de ngulos entre clulas adyacentes / (suscripcin) granos en uniones FSW de acero bajo de carbn apagado, el 35 % hecho rodar por fro y FS se sold en una velocidad de rotacin de sonda de 250 revoluciones por minuto (a) (y c) o 600 revoluciones por minuto (b) (y d).

Fig 3.2.8 Los histogramas mostrando ngulos de orientacion entre clulas adyacentes / (suscripcin) granos en uniones FSW de acero bajo de carbn apagado, el 35 % hecho rodar por fro y FS se soldaron en una velocidad de rotacin de sonda de 250 revoluciones por minuto (a) o 600 revoluciones por minuto (b).

La Fig 3.2.9 es la microestructura TEM mostrando a la morfologa de los carburos en la zona de movimiento de las uniones de acero hechas rodar por fro en una velocidad de rotacin de 250 revoluciones por minuto (a) o 600 revoluciones por minuto (b). La unin de 250 revoluciones por minuto (a) incluye carburos a lo largo de los lmites de grano (permitidos). Estos carburos tienen una morfologa algo alargada que es diferente de esto en el acero templado (la fig. 2(c)) y martensita templado tambin. Por otra parte, la perlita fue observada en la unin de acero de 600 revoluciones por minuto. Estas morfologas indican que austenizacion ocurri en total o algunas partes de la zona de movimiento durante el FSW.

Fig 3.2.9 imgenes de campaa brillantes en uniones FS de acero bajo de carbn apagado, el 35 % hecho rodar por fro y FS se sold en una velocidad de rotacin de sonda de 250 revoluciones por minuto (a) o 600 revoluciones por minuto (b).

El cambio microestructural de la zona de movimiento durante el FSW es complicado incluso, al menos, muchos de los fenmenos siguientes; (1) deformacin plstica bajo una ferrita + la perlita se dividen en fases la condicin, (2) recuperacin/nueva cristalizacin dinmica en la ferrita, (3) transformacin de fase dinmica de la ferrita a austenita, (4) deformacin en el estado de austenita, (5) transformacin dinmica/esttica de austenita a la ferrita, (y 6) precipitacin de carburo. Los factores microestructurales claves que afecta muchos de estos fenmenos son la densidad de los defectos de celosa como (la suscripcin) lmite de grano y dislocaciones. Cuando la nueva cristalizacin pasa, el tamao de grano se hace ms pequeo con un tamao de grano inicial ms pequeo. Acerca de la transformacin, estos defectos de celosa proporcionan sitios preferentes para nucleacin, de modo que la densidad alta de defectos de celosa sea preferible para el refinamiento microestructural en la zona de movimiento. El acero hecho rodar por fro tiene la densidad ms alta de los defectos de celosa de tres aceros. Por lo tanto, el tamao de grano ms fino puede ser obtenido en la zona de movimiento en uniones hechas rodar por fro.

Como fue mostrado ya, la zona de movimiento en las uniones hechas rodar por fro con la velocidad de rotacin ms baja tiene la dureza ms alta con la microestructura ms fina de todas las uniones en este estudio. La templadura subsecuente de la unin hecha rodar por fro es una tentativa de minimizar el hueco entre la dureza en la zona de movimiento y esto en el metal bajo adems del mantenimiento de la fuerza alta en ambas reas. La fig 10 muestra el perfil de dureza de las uniones de acero hechas rodar por fro en una velocidad de rotacin de 250 revoluciones por minuto seguidas templando en 550 C para 1.8 kg. En esta figura, los resultados de la unin de acero hecha rodar por fro antes de templadura subsecuente y aquella de la unin de acero templada (el mismo como los datos en fig 3.2.3) son aadidos para la comparacin. La templadura subsecuente despus de FSW reduce la dureza del metal bajo que es similar a aquel del acero templado; mientras que la dureza de la zona de movimiento permanece alta similar a esto antes de la templadura subsecuente. Adems, debera ser notado que la dureza de la zona de movimiento en la unin de acero hecha rodar por fro posteriormente templada tiene una dureza ms alta que aquella de la unin de acero templada. Este es debido al efecto de fijacin de los carburos en el crecimiento de grano durante la templadura subsecuente (18).

Fig 3.2.10 Los perfiles de dureza de uniones FSW de acero bajo de carbn apagaron, el 35 % hecho rodar por fro, FS sold y posteriormente templ en 550 C para 1.8 kg. La dureza fue medida en el centro del grosor.

Sobre todo, la combinacin de la martensita tratan y FSW, que es (paso 1) el apagamiento, (paso 2) el balanceo fro, (paso 3) FSW (y paso 4) templadura subsecuente, es el proceso preferible para obtener una unin de acero con el equilibrio de fuerza bueno entre la zona de movimiento y el metal bajo manteniendo la fuerza alta.

3.2.4. Resumen

Este estudio clarific la combinacin preferible del proceso de martensita y FSW para aceros bajos de carbn claros a fin de obtener un equilibrio de fuerza bueno entre el metal bajo y la zona de movimiento manteniendo una fuerza alta en ambas reas. Los resultados principales son resumidos como sigue:

(1) Las microestructuras de los aceros bajos de carbn claros apagados, el 35 % hecho rodar por fro y templado en 550 C ya que 1.8 kg muestran un listn martensita, laminar estructura de lmite de dislocacin y microestructura granulosa ultrafina laminar con carburos.

(2) Todo el apagado, el hecho rodar por fro y los aceros templados puede ser con xito afiliado por FSW. Comparado en la misma velocidad de rotacin, la anchura de la regin de transicin en las uniones de acero apagadas es ms amplia que aquel del hecho rodar por fro y templ uniones de acero. Comparando la velocidad de rotacin usando el mismo metal bajo, la regin con la dureza ms baja y la regin de transicin ms grande ocurre con la velocidad de rotacin creciente.

(3) La unin de acero hecha rodar por fro con la velocidad de rotacin ms baja (250 revoluciones por minuto) muestra la dureza mnima ms alta y la anchura ms estrecha de la regin de transicin en todas las uniones evaluadas en este estudio.

(4) El tamao de grano en la zona de movimiento se hace ms pequeo con la velocidad de rotacin de sonda decreciente. Adems, la velocidad de rotacin de sonda tambin afect el carcter de lmite de grano (ngulo de orientacion) y la morfologa del grano de ferrita y aquel de los carburos.

(5) La combinacin de la martensita trata y FSW, que es (paso 1) el apagamiento, (paso 2) el balanceo fro, (paso 3) FSW (y paso 4) templadura subsecuente, es el proceso preferible para obtener una unin de acero con un equilibrio de fuerza bueno entre la zona de movimiento y el metal bajo manteniendo una fuerza alta.Admisin

Los autores desean reconocer el apoyo financiero de la Fundacin de Apoyo de Industria Kagawa, Fundacin de Ciencia de Toray, la Tres Base de Desarrollo de Proyecto de Instituto de Investigacin de la Tecnologa que se Une para Nuevas Gafas Metlicas y Materiales Inorgnicos, Ayuda de Prioridad de la Formacin de Centros Renombrados Mundiales de la Investigacin, el siglo veintiuno Programa de COE (Proyecto: Centro de Excelencia para Diseo de Materiales Estructural y Funcional Avanzado) del Ministerio de Educacin, Deportes, Cultura, Ciencia y Tecnologa de Japn, y una Subvencin para Investigacin Cientfica de la Sociedad de Japn para Promocin de Ciencia. Referencias [1] T.C. Lowe y Y.T. Zhu, Adv. Eng. Madre. 5 (2003), pps 373378. Texto Lleno va CrossRef | Registro de Vista en Scopus | Citado Por en Scopus

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3.3 La Optimizacin de parmetros de proceso de FSW para reducir al mnimo defectos y maximizar vida de fatiga en aleacin de aluminio 5083-H321H. Lombardab, D.G. Hattinghb, A. Steuwera,c y M.N. Jamesa, Escuela de Ingeniera, Universidad de Plymouth, Plymouth, PL4 8AA Inglaterra, Reino Unido.ATCS, Nelson Mandela Universidad Metropolitana, Puerto Elizabeth, SudfricaFaME38, mal-ESRF, 6 Lamentan J. Horowitz, BP 156, 38042 Grenoble, Cedex 9, Francia.Recibido el 3 de diciembre de 2006; revisado el 23 de enero de 2007; aceptado el 28 de enero de 2007. Disponible en lnea el 9 de febrero de 2007.

Extracto

Este articulo presenta un acercamiento sistemtico a la optimizacin de parmetros de proceso de FSW (instrumento velocidad rotatoria y precio de comida) por la consideracin de la entrada de poder friccional. El poder friccional gobierna la resistencia a la tensin y la vida de fatiga en esta aleacin 5083-H321 por su efecto en procesos de flujo plsticos en la zona termomecnicamente afectada (TMAZ) de soldadura. Aunque, una relacin cercana por lo tanto exista entre resistencia a la tensin e interpretacin de fatiga, este proviene de su dependencia conjunta en el acontecimiento de ciertos tipos de defecto que, son por lo visto especficos a las aleaciones de aluminio endurecidas de la cierta tensin que son FS soldado. Estos defectos estn relacionados con procesos de flujo plsticos y tienen una influencia fuerte en caminos de primera en la aleacin 5083-H321 soldada de FS. Las tensiones residuales han sido extensivamente medidas usando la exploracin de tensin de difraccin de rayo X de sincrotrn y son gobernadas por la entrada de calor en la soldadura. No hay ninguna relacin clara entre valores mximos de tensiones residuales e interpretacin de fatiga. El trabajo indica que la velocidad rotatoria es el parmetro clave de torsin de instrumento gobernante, temperatura, poder friccional y de ah interpretacin de fatiga y resistencia a la tensin.

Palabras clave: soldadura de movimiento de friccin; optimizacin de proceso; velocidad de instrumento; comida de instrumento; tono de instrumento; entrada de energa; vida de fatiga; Solde defectos

3.3.1 Introduccin

El movimiento de friccin que solda (FSW) es relativamente un nuevo proceso de conexin estatal slido que ofrece el potencial para uniones con fuerza de fatiga alta, preparacin baja y poco desgaste post soldadura. Otras ventajas incluyen poblaciones de defecto generalmente bajas (comparado con la soldadura de fusin) y la capacidad de afiliarse a metales distintos. La tcnica ha atrado de ah el inters significativo del espacio areo e industrias de transporte y una literatura extensa existe en FSW (ver, por ejemplo, la revisin completa presentada en Cuanto a. [1]). Hasta ahora, sin embargo, hay pocos estudios sistemticos de la optimizacin del proceso en trminos de encadenamientos entre parmetros de proceso (principalmente instrumento velocidad rotatoria y precio de comida, y las fuerzas en el instrumento), defecto tensiones demogrficas, residuales, propiedades mecnicas e interpretacin de fatiga [2], [3], [4] y [5]. En particular el uso de instrumentos que pueden proporcionar datos en calor, poder y entrada de energa en soldadura est en su infancia [6]. Los parmetros de soldar (velocidad de instrumento, geometra de instrumento, hacia abajo fuerza de instrumento) son por lo general establecidos empricamente para casos individuales. Sera claramente ventajoso ser capaz de reducir este empirismo y ser capaz de identificar combinaciones de parmetro de proceso ptimas y geometras de instrumento ptimas con relacin a propiedades mecnicas y la interpretacin dinmica de FS .

Este articulo aade el trabajo antes publicado [6], esto relat el uso potencial de datos que podran ser obtenidos de un instrumento (torsin, temperatura, fuerzas en el instrumento). Esto considera que una tensin estructural endureci la aleacin de aluminio, 5083-H321, que ha sido antes relatado [7] para mostrar defectos de pseudoobligacin extraos en la soldadura FS. En el trabajo aqu informado se han manifestado aquellos encadenamientos claros, que existen realmente entre interpretacin de fatiga, caminos de primera, tipo de defecto y tratan parmetros. La influencia de parmetros de proceso bsicos (instrumento velocidad rotatoria y precio de comida) puede ser caracterizada por clculos de entrada de calor y poder friccionales. stos, por su parte, reflejan los procesos de flujo plsticos que ocurren en el TMAZ y que conducen a fuerzas experimentadas por el instrumento. Los datos hicieron un informe en este papel puede ser unido e interpretado para proporcionar una capacidad proftica de relaciones de propiedad de proceso de estructura en FSW. La hiptesis bsica que es la base del trabajo es esquemticamente ilustrada en Fig 3.3.1 Fig 3.3.2 ,ilustra el proceso de FSW y define direcciones de coordenada usadas para las fuerzas en el instrumento, ms el avance y los lados que se retiran de soldar. A consecuencia de la combinacin de la rotacin de instrumento y adelante el movimiento durante soldadura, las propiedades materiales y tensiones residuales en soldar es ligeramente diferente en el avance y los lados que se retiran de soldar.

Fig 3.3.1 Ilustracin esquemtica de encadenamientos propuestos entre entrada y parmetros de salida en FSW.

Fig 3.3.2 Ilustracin de proceso de FSW [3]. La Fig 3.3.1 indica que el proceso independiente los parmetros introducidos del instrumento velocidad rotatoria, precio de comida y profundidad de zambullida de hombro de instrumento, se relaciona con geometra conjunta y aleacin para dar ocasin a otros parmetros de proceso dependientes como la subida de temperatura de instrumento, hacia abajo forjando la fuerza en el hombro de instrumento, torsin de instrumento y fuerzas de instrumento. stos varan a lo largo de soldar, pero alcanzan valores mximos despus de aproximadamente 100 mm de la soldadura, como mostrado en Fig 3.3.3a, Fig 3.3.3b, Fig 3.3.3c y Fig 3.3.3r La torsin, la temperatura de instrumento y las fuerzas en avin (FX y FY) muestran el comportamiento cuasi esttico con un decaimiento leve que ocurre en valores mximos sobre siguientes 500mm de la soldadura. En contraste, la fuerza que forja hacia abajo (FZ) constantemente se disminuye por alrededor del 30 % cuando la soldadura sigue antes de aumentar otra vez hacia el final de soldar. En trminos de entendimiento fundamental de procesos de FSW sera preferible controlar las fuerzas de soldadura en las tres direcciones de coordenada. El desarrollo de mquinas FSW avanzadas para objetivos de investigacin, como el MTS ISTIR .Tratan el Sistema de Desarrollo, permite esta posibilidad y tal mquina ser instalada en Nelson Mandela Universidad Metropolitana durante 2007. Independientemente de si la fuerza que forja hacia abajo es controlada o no, los datos relatados en este articulo se manifiestan con aquellas interacciones materiales del instrumento que pueden ser caracterizadas por la entrada de energa a soldadura (entrada de calor o poder friccional) y relacionadas para soldar caractersticas como tensiones residuales, propiedades mecnicas e interpretacin de fatiga.

Fig 3.3.3a. Variacin de torsin de instrumento con distancia de soldar. Se soldan 750 mm de largo.

Fig 3.3.3b. La variacin del instrumento fija la temperatura con la distancia de soldar. Se soldan 750 mm de largo.

Fig 3.3.3c. Variacin de fuerza en avin FX con distancia de soldar. Se soldan 750 mm de largo.

Fig 3.3.3r. Variacin de hacia abajo para forjar fuerza con distancia de soldar. Se soldan 750 mm de largo.

As el objetivo de este articulo es desarrollar el marco para una metodologa proftica para la interpretacin en la carga esttica y dinmica de FS, se solda en la aleacin de aluminio 5083-H321, usando la entrada solda parmetros de velocidad de instrumento y precio de comida. Se ver que el poder friccional gobierna la resistencia a la tensin y la vida de fatiga en esta aleacin por su efecto en procesos de flujo plsticos en la zona termomecnicamente afectada (TMAZ) de soldadura. Aunque, una relacin cercana exista entre resistencia a la tensin e interpretacin de fatiga, este proviene de su dependencia unida en el acontecimiento de ciertos tipos de defecto que son por lo visto especficos para estirar aleaciones de aluminio endurecidas que son FS soldado. Estos defectos estn relacionados con procesos de flujo plsticos y tienen una influencia fuerte en caminos de primera en la aleacin 5083-H321 soldada de FS. 3.3.2 Detalles experimentales y condiciones de proceso

Este trabajo us platos de 6 mm, 100 mm de ancho, afiliados por soldaduras de 750 mm de largo. Extensible y especmenes de fatiga fueron cortados de las mismas posiciones hacia la seccin media de cada uno donde los parmetros del proceso como temperatura de instrumento, torsin, y fuerzas alcanzan valores cuasi estticos. El instrumento de soldadura del FS tena un radio de hombro de 25 mm mientras el alfiler estriado y enhebrado era 10mm en el dimetro y 5.7 mm de largo (ver Fig 3.3.4). La accin de forja del hombro de instrumento fue realzada va un ngulo de inclinacin de instrumento de 2.5 . La Tabla 3.3.1 da las combinaciones del instrumento velocidad rotatoria y valores de comida elegidos para esta investigacin. La velocidad de instrumento y la comida pueden ser combinadas en un parmetro de caracterizacin solo de tono del instrumento que da por revolucin, y la matriz de prueba ha sido seleccionada para proporcionar varias combinaciones de velocidad de instrumento y precio de comida correspondiente a una serie de valores de tono entre 0.2 y 0.5 mm/minutos. Una tentativa fue hecha para seleccionar precios de comida con una proporcin aproximada de 1:1.5:2 y seleccionar velocidades rotatorias similares en cada valor de tono (alrededor 300, 400 y 600 revoluciones por minuto). Un objetivo de este trabajo era determinar que introducen el parmetro proveera el mejor parmetro que guarda correlacin para soldan la interpretacin. El trabajo indica que la velocidad rotatoria es el parmetro clave torsin de instrumento gobernante, temperatura, poder friccional y de ah interpretacin de fatiga y resistencia a la tensin.

Fig 3.3.4. La geometra de instrumento de flauta usada para hacer el FS.

Tabla 3.3.1.Instrumento velocidad rotatoria, alimntese y valores de tono usados con este trabajo

85 mm/minutos

135 mm/minutos

185 mm/minutos

REVOLUCIONES POR MINUTOTonob (mm/rev)Solde no.REVOLUCIONES POR MINUTOTono (mm/rev)Solde no.REVOLUCIONES POR MINUTOTono (mm/rev)Solde no.

4000.2186350.21118700.214

2660.3264230.3226170.310

2010.4233180.4294360.421

2540.5153480.537

REVOLUCIONES POR MINUTO, instrumento velocidad rotatoria en revoluciones por minuto.TONO, distancia movida adelante a lo largo de soldar por el instrumento durante una revolucin.SOLDAN NO., nmero de identificacin de un espcimen particular.

La Tabla 3.3.2 da los valores medidos del promedio del plato paternal y propiedades de soldadura extensibles. Estos datos fueron obtenidos de especmenes extensibles (12.5mm a travs de la seccin de medida) que fueron dejados en el como - hechos rodar o como - forma soldada, es decir ellos no fueron trabajados a mquina en las superficies de plato. Los datos son dados cuando el promedio de tres juegos de especmenes cort de tres posiciones en la regin cuasi esttica de la carrera solda(Fig 3.3.3a, Fig 3.3.3b, Fig 3.3.3c y Fig 3.3.3r). Las proporciones de soldadura extensible y fuerza de prueba a datos de plato paternales son muy similares a aquellos relatados por la cascara [8] ya que FS se solda en esta aleacin 5083-H321 y de ah representar el 'tpico' ms bien que 'mal' se solda. Sldese las proporciones de fuerza son bajas comparado con aquellos relatados para otras aleaciones de aluminio, y este puede ser unido para la presencia de defectos de cuasi obligacin particulares que ocurren en esta condicin de la 5083 aleacin [7]. Sera por lo tanto esperado que la activacin de tales defectos sera un rasgo dominante en la interpretacin esttica y dinmica de esta aleacin, y este punto debera cobrar importancia en la discusin alrededor soldan defectos en estos especmenes que ocurre ms tarde en el papel. Tabla 3.3.2.Extensible (UTS) y datos de fuerza de prueba del 0.2 % para el plato paternal 5083-H321 y el FS de soldadura

Solde el No

UTS medioa (MPa)

UTS/PPb

Promedio el 0.2 %PRUEBA/PPSd

Fuerza de Pruebac (MPa)

12890.781710.67

22410.651530.60

33130.841610.63

42540.681440.57

53080.831650.65

63150.851640.65

72940.791500.59

83080.831450.57

92730.741450.57

103100.841480.58

113060.821410.56

Plato paternal371254

UTS medio valora a travs de soldar obtenido de 3 pruebas en cada plato soldado. UTS/PP = proporcin de resistencia a la tensin media de espcimen soldado al valor de plato paternal (promedio de 3 pruebas). Hacen un promedio del valor de fuerza de prueba del 0.2 % de 3 pruebas en cada plato soldado. PRUEBA/PPS = proporcin de fuerza de prueba del 0.2 % media para cada plato soldado al valor de plato paternal (promedio) para la fuerza de prueba del 0.2 %. Los especmenes de fatiga fueron probados en la tensin de tensin que carga en R = 0.1 y tenan una anchura de 18 mm a travs de la longitud de medida. Sus superficies fueron trabajadas en mquina lisas para evitar la iniciacin en seales de hombro, cuando la interpretacin intrnseca del material soldado fue requerida. La interpretacin de fatiga fue tasada probando en un nivel de tensin solo que fue aplicado a todos los especmenes. Una estimacin inicial de una tensin apropiada fue obtenida de la curva de S-N para el plato paternal, donde una tensin de 216 MPa correspondi a una vida media de 106 ciclos y 242 MPa a una vida de aproximadamente 2 105 ciclos. Los especmenes soldados fueron probados en 242 MPa, porque trabajo anterior en esta aleacin [7] haba indicado que los defectos de pseudoobligacin fueron activados en niveles ms altos de la tensin plstica y sus efectos con mayor probabilidad sern por lo tanto una influencia en vidas de fatiga ms cortas. Los datos de S-N para especmenes soldados a menudo exponen una transicin en la interpretacin que est entre 105 y 106 ciclos y el futuro trabajo considerar la interpretacin de vida ms larga de soldar. Los datos de vida de fatiga de soldadura para cada uno, han hecho un promedio de cinco especmenes y que son mostrados en la Tabla 3.3.3. Tabla 3.3.3

Vida de fatiga para cada combinacin de parmetros de proceso

REVOLUCIONES POR MINUTO400266201

Tono (mm/rev)0.210.320.42

Comida (mm/minuto)858585

Vida de fatiga (ciclos)215216879850000


Tono (mm/rev)0.210.320.420.51




Tono (mm/rev)0.210.300.420.53



Precio de comida de Instrumento durante soldadura en la fabricacin. Promedio de cinco pruebas para cada plato soldado. La pregunta que este articulo procura contestar, si est relacionada con la determinacin de un parmetro de caracterizacin apropiado para estar relacionado con la entrada de la soldadura con los parmetros de proceso (instrumento velocidad rotatoria, precio de comida, tono) a los parmetros inducidos de entrada de calor y poder friccional. Si las correlaciones pueden ser encontradas entre estos dos parmetros de energa (entrada de calor y poder friccional) y la resistencia a la tensin y vida de fatiga de los especmenes soldados, entonces debera ser posible explicar y predecir la interpretacin bsico de soldadura para los parmetros del proceso. La Tabla 3.3.3 no ilumina en particular a este aspecto, cuando los datos crudos no muestran ninguna tendencia clara. Es por lo tanto necesario calcular la entrada de energa y relacionar la entrada de poder y calor con los parmetros de interpretacin requeridos de vida de fatiga y resistencia a la tensin.

La vida de fatiga puede ser fuertemente influenciada bajo la presencia de tensiones residuales y las medidas extensas de tensiones residuales longitudinales y transversales fueron hechas en secciones del corte de 150 mm de largo a partir del medio de estos platos soldados. Estas medidas usaron la difraccin de rayo X de sincrotrn en beamline ID31 en la Instalacin de Radiacin de Sincrotrn europea en Grenoble, Francia (experimente M 992). stos no sern cubiertos detalladamente en este articulo, pero las condiciones experimentales llenas y los resultados son relatados en en Cuanto a. [9].

3.3.3. Clculos de energa

Como es mostrado en la Fig 3.3.1, las interacciones claves entre parmetros de proceso y soldadura mecnico y propiedades debera ser dcil con caracterizaciones por la entrada de energa. Varios trabajadores han propuesto antes ecuaciones para caracterizar la energa de soldar durante FSW, y el entendimiento de proceso de FSW es hecho ms complicado por el nico que produce una generacin de calor que resulta de la friccin entre el instrumento soldar y el objeto o de la calefaccin de deformacin asociada con el esquileo dentro del objeto[10]. Con este trabajo la entrada de energa de soldadura ha sido calculada usando dos rutas; en primer lugar la utilizacin de una entrada de calor se acerca debido a Khandkar et al. [11] est basado en la torsin de instrumento y, en segundo lugar, un acercamiento de poder friccional. La entrada de calor media bajo el hombro de instrumento es dada en Eq. (1):

(1)

donde es la eficacia de la transferencia de calor en soldar (tpicamente aproximadamente 0.9), el es la velocidad de instrumento en Rev/minuto y f es el precio de comida en el mm/minuto. La entrada de calor tiene una correlacin fuerte con detalles de la distribucin de tensin residual en soldadura [9] y, en particular, hay una correlacin lineal con el valor mximo de la tensin residual longitudinal y hay tambin una correlacin lineal inversa con la anchura del HAZ. La Fig 3.3.5 demuestra la correlacin lineal buena entre entrada de calor y tensin residual longitudinal mxima. El diagrama polar de la fuerza consiguiente ejercida en el instrumento es una representacin grfica til de la entrada de calor en soldadura y el valor mximo mesurado de la fuerza consiguiente tambin muestra una correlacin lineal buena con el valor mximo de la tensin residual longitudinal. La Fig 3.3.6 muestra diagramas polares de la fuerza consiguiente en un tono de instrumento de 0.2 mm/Rev para tres combinaciones del instrumento velocidad rotatoria y comida. El inters a la fuerza polar 'huella' traza centros en su forma y rotacin, que son credos reflejar aspectos del flujo plstico alrededor del instrumento.

Fig 3.3.5 Correlacin entre tensin residual longitudinal mxima y entrada de calor.

Fig 3.3.6 Diagramas polares de fuerza consiguiente durante FS que soldan en tres combinaciones de velocidad de instrumento y comida que da a un tono constante de 0.2 mm/Rev.

La expresin de poder friccional usada con este trabajo (Eq. (2)) es debido a Frigaard y Midling [12] y usos un coeficiente eficaz de friccin definida por Santella et al. [13]

(2)

donde es un coeficiente eficaz de la friccin bajo el hombro de instrumento, FZ es el hacia abajo la fuerza en el instrumento y r es el radio del hombro de instrumento. El poder friccional guarda correlacin bien con propiedades extensibles como es demostrado en Fig 3.3.7. Los valores inferiores de la entrada de poder friccional proporcionan resistencias a la tensin ms altas, y este puede estar relacionado con la necesidad de establecer temperaturas bastante altas para asegurar plsticamente la aleacin durante el proceso de soldadura; este por su parte conduce a una exigencia de poder inferior durante la soldadura. La relacin entre vida de fatiga media (presentado Tabla 3.3.3) y poder friccional (utilizacin calculada Eq. (2)) es mostrado en Fig 3.3.8 y otra vez una correlacin buena existe entre la caracterstica de proceso y el parmetro de interpretacin dinmico. La Fig 3.3.9 muestra la resistencia a la tensin de los diagramas contra la interpretacin de fatiga y es interesante notar que la correlacin entre los indicadores de interpretacin estticos y dinmicos no est tan bien como podra ser esperado de sus correlaciones individuales con el poder friccional. Como ser hablado en la siguiente seccin, este refleja la mayor influencia que los defectos de pseudoobligacin tienen en caminos de grieta de fatiga, en particular los efectos muy perjudiciales de facetas planas grandes en la iniciacin de primera. Ninguna correlacin fue encontrada entre la fuerza de prueba del 0.2 % y la vida de fatiga. Cuando la iniciacin de grieta de fatiga es un fenmeno relacionado con la produccin, esta observacin apoya una conclusin que los efectos de camino de primera son la causa primaria de las proporciones relativamente bajas de la resistencia a la tensin observado en esta aleacin y que ellos tambin dominan la iniciacin de grieta de fatiga y el crecimiento.

Fig 3.3.7. Entrada de poder friccional contra resistencia a la tensin.

Fig 3.3.8. La correlacin entre poder friccional y vida de fatiga de soldadura en una tensin extensible aplicada de 242 MPa.

Fig 3.3.9. Relacin entre resistencia a la tensin y vida de fatiga medida bajo una tensin extensible aplicada de 242 MPa.

Los valores inferiores del poder friccional ocurren en dos velocidad de instrumento especfica y regmenes de comida, como es mostrado en Fig 3.3.10. La alta velocidad y rgimen de comida de poder friccional bajo en Fig 3.3.10 es centrado alrededor de 600 revoluciones por minuto y 185 mm/minutos, mientras el rgimen de velocidad bajo ocurre debajo de 300 revoluciones por minuto y 140 mm/minutos. As para esta aleacin de aluminio 5083-H321, uno puede predecir la velocidad de instrumento probable y alimentar regmenes para esta geometra de instrumento que conducira a FS se solda con una combinacin de resistencia a la tensin alta y valores altos de la vida de fatiga de ciclo baja. Se requiere que el trabajo adicional examine esta hiptesis en vidas de fatiga> 2 106 ciclos.

Fig 3.3.10. Poder friccional como una funcin de instrumento velocidad rotatoria y precio de comida.

3.3.4 Efectos de primera trayectoria

Las relaciones habladas hasta ahora han demostrado encadenamientos entre: entrada de calor, fuerza consiguiente ejercida en el instrumento por las tensiones residuales metlicas, longitudinales plsticas y anchura del HAZ; y entre entrada de poder friccional, resistencia a la tensin y vida de fatiga (al menos en un valor particular de tensin extensible aplicada). Sera generalmente esperado que habra una relacin entre soldan defectos y resistencia a la tensin [14], y por lo tanto entre defectos, poder friccional y los parmetros de proceso de velocidad de instrumento y comida [15]. Se solda en 5083-H321 contienen defectos de pseudoobligacin significativos en la forma de regiones planas en la superficie de fractura y en la forma de la llamada piel de cebolla (OS) defectos. Ambos de estos tipos de defecto son definidos debajo (Fig 3.3.11a, Fig 3.3.11b y Fig 3.3.11c), y han sido observados antes afectar caminos de primera y fuerza de fatiga [7] y [16]. Fig 3.3.11a, Fig 3.3.11b y Fig 3.3.11c ilustra pseudoobligaciones planas tpicas, las secuencias de los defectos de piel de cebolla y tambin un defecto de fuerza alto superficie de fractura libre. Estos defectos pueden ser muy extensos y su acontecimiento puede estar directamente relacionado con la variabilidad en la resistencia a la tensin de la aleacin, que se extiende de 0.68 a 0.85 del valor de plato paternal

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