Influence of process parameters on the tensile strength of preheated friction stir welded corner joints of wrought aluminum alloys
Abstract
Friction stir welding (FSW) is an advanced welding technology that stands out for its energy efficiency, environmental friendliness, and ability to produce high-quality solid-state joints. However, when applied to corner joints of aluminum alloys, conventional FSW often encounters limitations in heat distribution and material flow, which may lead to defects and reduced mechanical performance. In this study, preheated friction stir welding (HFSW) was employed to improve thermal conditions and stabilize material flow, thereby enhancing the mechanical properties and integrity of the weld. Experiments were conducted on external corner joints of AA5083-H116 aluminum alloy. Using experimental design methodology, a regression model was established to describe the relationship between process parameters (rotational speed, welding speed, and shoulder diameter), enabling the optimization of welding conditions to achieve the highest joint quality. The findings provide a scientific basis for applying HFSW in the fabrication and repair of aluminum alloy structures in critical industries such as shipbuilding, aerospace, and automotive manufacturing.
Tóm tắt
Hàn ma sát khuấy (FSW) là một công nghệ hàn tiên tiến, nổi bật nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và tạo mối nối ở trạng thái rắn với chất lượng cao. Tuy nhiên, khi áp dụng cho các kết cấu góc bằng hợp kim nhôm, phương pháp này thường gặp hạn chế về phân bố nhiệt và dòng chảy vật liệu, dễ phát sinh khuyết tật. Trong nghiên cứu này, phương pháp hàn ma sát khuấy có gia nhiệt trước (HFSW) được áp dụng nhằm cải thiện điều kiện nhiệt và ổn định dòng chảy, giúp nâng cao cơ tính và tính toàn vẹn của mối hàn. Thực nghiệm được thực hiện trên mối hàn góc ngoài hợp kim nhôm AA5083-H116. Bằng phép quy hoạch thực nghiệm, nghiên cứu đã thiết lập phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (tốc độ quay, vận tốc hàn và đường kính vai), từ đó tối ưu hóa chế độ hàn nhằm đạt được chất lượng mối hàn cao nhất. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học quan trọng để ứng dụng HFSW trong chế tạo và sửa chữa kết cấu hợp kim nhôm trong các ngành công nghiệp trọng điểm như đóng tàu, hàng không và ô tô.
References
[1]. W. M. Thomas et al. (1991), “Friction Stir Butt Welding”, GB Patent Application 9125978.8.
[2]. W.Tang, X.GuO và Nunes (1998) “Heat input and Temperature Distribution in FSW”, J.mater, Process, Manuf.Sci, Vol 7.
[3]. H. Bang, H. S. Bang, J. H. Hong, G. H. Jeon, & G. S. Kim, “Effect of Tungsten-Inert-Gas Preheating on Mechanical and Microstructural Properties of Friction Stir Welded Dissimilar Al Alloy and Mild Steel,” Strength of Materials, vol. 48, pp. 152–159, 2016.
[4]. R. Palanivel & P. Koshy Mathews, “Prediction and optimization of process parameter of friction stir welded AA5083-H111 aluminum alloy using response surface methodology,” Journal of Central South University, vol. 19, no. 1, pp. 1–8, 2012.
[5]. Mai Đăng Tuấn, “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp hàn ma sát khuấy cho các kết cấu dạng tấm bằng hợp kim nhôm”, Luận văn thạc sĩ, Trường ĐHBK TPHCM, TP.HCM, 2008.
[6]. Zaeh, M. F., & Gebhard. Preheating assisted friction stir welding of high-strength aluminium alloys. Production Engineering, 1(4), 343–347,2007.
[7]. Riichi, S., Takehiko, T., Susumu, H., Naoki, Y., & Yuuta, K. On Preheating Effect for Friction Stir Welding of Aluminum Alloy—A Feasibility Study of Friction Stir Welding with Heating of Aluminum Alloy (Report 1). Journal of the Japan Welding Society, 24(3), 281–286, 2006.
[8]. T. Takahashi, Y. Sato, Y. Kaneko, R. Suzuki, J. Kobayashi, and S. Hioki, “Numerical analysis of pre-heating by solid friction process: a study on friction stir welding with heating,”Welding International, vol. 24, no. 8, pp. 620–626, Aug. 2010.
[9]. Huỳnh Thanh Tâm, Mai Đăng Tuấn, Lưu Minh Phương, “Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cơ tính và tổ chức mối hàn ma sát khuấy cho các kết cấu góc bằng hợp kim nhôm biến dạng”, Luận văn thạc sĩ, Đại Học SPKT Vĩnh Long, 2021.
[10]. Trương Minh Nhật, “Nghiên cứu hàn kết cấu dạng tấm phẳng giữa thép không gỉ 304 và hợp kim nhôm 6061 bằng phương pháp ma sát khuấy”, Luận văn thạc sĩ, Trường ĐHBK TPHCM, TP.HCM, 2018.
