Mechanical and thermal modelling of Friction Stir Welding

Heurtier, P.; Jones, M.R.; Desrayaud, Christophe; Driver, J.H.; Montheillet, F.; Allehaux, D.

doi:10.1016/j.jmatprotec.2005.07.014

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“…Temperature, strain rate, strain and micro-hardness in different welding conditions were established by Heurtier et al [111] using heat input parameters and the velocity field for AA 2024-T351 in a three dimensional semi-analytical coupled thermo-mechanical model. Schmidt and Hattel [112] used a 3D fully coupled thermomechanical finite element model.…”

Section: Local Scalementioning

confidence: 99%

A Comparison of Different Finite Element Methods in the Thermal Analysis of Friction Stir Welding (FSW)

Meyghani

Awang

Emamian

et al. 2017

Metals

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Friction Stir Welding (FSW) is a novel kind of welding for joining metals that are impossible or difficult to weld by conventional methods. Three-dimensional nature of FSW makes the experimental investigation more complex. Moreover, experimental observations are often costly and time consuming, and usually there is an inaccuracy in measuring the data during experimental tests. Thus, Finite Element Methods (FEMs) has been employed to overcome the complexity, to increase the accuracy and also to reduce costs. It should be noted that, due to the presence of large deformations of the material during FSW, strong distortions of mesh might be happened in the numerical simulation. Therefore, one of the most significant considerations during the process simulation is the selection of the best numerical approach. It must be mentioned that; the numerical approach selection determines the relationship between the finite grid (mesh) and deforming continuum of computing zones. Also, numerical approach determines the ability of the model to overcome large distortions of mesh and provides an accurate resolution of boundaries and interfaces. There are different descriptions for the algorithms of continuum mechanics include Lagrangian and Eulerian. Moreover, by combining the above-mentioned methods, an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) approach is proposed. In this paper, a comparison between different numerical approaches for thermal analysis of FSW at both local and global scales is reviewed and the applications of each method in the FSW process is discussed in detail. Observations showed that, Lagrangian method is usually used for modelling thermal behavior in the whole structure area, while Eulerian approach is seldom employed for modelling of the thermal behavior, and it is usually employed for modelling the material flow. Additionally, for modelling of the heat affected zone, ALE approach is found to be as an appropriate approach. Finally, several significant challenges and subjects remain to be addressed about FSW thermal analysis and opportunities for the future work are proposed.

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Section: Local Scalementioning

confidence: 99%

A Comparison of Different Finite Element Methods in the Thermal Analysis of Friction Stir Welding (FSW)

Meyghani

Awang

Emamian

et al. 2017

Metals

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“…In addition, Heurtier et al [34] systematically described the thermal modeling of friction stir welding, indicating that the heat production of FSW process mainly came from two sources-the plastic strain and the friction of the shoulder on the surface of the work-pieces (neglecting the effect of the friction of the pin). Based on a few hypotheses, the average power q is obtained as following equation [34]:…”

Section: Brief Review Of Friction Stir Welding (Fsw)mentioning

confidence: 99%

A Review: Effect of Friction Stir Welding on Microstructure and Mechanical Properties of Magnesium Alloys

Qin

Liu

et al. 2017

Metals

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Friction stir welding (FSW) is well recognized as a very practical technology for joining magnesium alloys. Although, a large amount of progress have been made on the FSW of magnesium alloys, it should be emphasized that many challenges still remain in joining magnesium using FSW. In this article, we briefly review the background of friction stir welding of magnesium alloys, and then focus on the effects of the friction stir welding on the macrostructure, microstructure evolution, texture distribution, and the mechanical properties of the welding joints. The macro-defects in welds and their relationship to the welding parameters such as welding speed, rotation speed, and axial force were also discussed. The review concluded with some suggested methods improvement and future challenges related to FSW of magnesium alloys. The purpose of the present review paper is to fully understand the relationships between the microstructure and the properties, and then establish a global, state-of-the-art FSW of magnesium alloys.

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“…Évidemment, beaucoup d'auteurs ont tenté de modéliser l'écoulement lors du soudage par friction malaxage à partir des équations de la mécanique des fluides représentant les trois écoulements de la figure 1.7. C'est-ce qui a été fait par Heurtier [24] et St-Georges [17]. Cette dernière a d'ailleurs conclu que la vitesse tangentielle autour de l'outil est similaire à un vortex de Rankine.…”

Section: éQuipementsunclassified

“…[24], la friction autour de la tige est négligeable par rapport à celle sous l'épaulement. Dans la plupart des cas, seules les deux sources restantes sont modélisées dans les outils numériques.…”

Section: Modèles De Génération De Chaleurunclassified

Étude numérique et expériementale du soudage par friction malaxage /

Thibeault¹

2012

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ÉTUDE NUMÉRIQUE ET EXPÉRIMENTALE DU SOUDAGE PAR FRICTION MALAXAGE SEPTEMBRE 2012 RESUMELe soudage par friction malaxage (SFM) est une technique de soudure brevetée au début des années 90 qui consiste à souder plusieurs pièces en utilisant un outil cylindrique mis en rotation. Celui-ci pénètre dans les plaques à souder et se déplace le long d'une ligne de soudure tout en gardant le matériau à une température inférieure à son point de fusion. Les avantages de cette approche sont nombreux par rapport à la soudure conventionnelle à l'arc. En effet, puisque la chaleur requise est moindre lors du SFM, les problèmes liés à la fusion du matériau ne se produisent plus, il y a moins de distorsion des matériaux et la microstructure demeure plus uniforme que celles des procédés conventionnels. De plus, la zone affectée thermiquement qui est souvent le maillon faible d'un joint de soudure est beaucoup plus petite ce qui en résulte en des propriétés mécaniques s'approchant de celles du matériau de base. Cette technique gagne donc à être connue, expérimentée et développée surtout pour les alliages d'aluminium reconnus pour être difficilement soudables. Elle est notamment implantée dans divers domaines favorisant l'utilisation de l'aluminium tels que l'aviation, l'automobile, la navigation, le nucléaire et bien d'autres en raison de la meilleure résistance mécanique et de la plus longue durée de vie en fatigue des joints de soudure.Au cours des dix dernières années, divers modèles mathématiques ont été développés pour clarifier l'effet des paramètres de soudage. Cependant, beaucoup d'hypothèses doivent être posées et réduisent la complexité des représentations numériques au profit de la précision des résultats. Le principal problème vient du fait que les logiciels et les méthodes numériques employées ont de la difficulté à bien mailler les conditions limites et les conditions initiales notamment en raison des grandes déformations dans le matériau lors du procédé. Toutefois, une technique sans maillage bien maitrisée par le centre de recherche Commonwealth Scientific and Resarch Organization (CSIRO) pourrait parvenir à contourner ces problèmes. Il s'agit de la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) où les coordonnées s'adaptent au domaine à chaque itération permettant ainsi d'obtenir l'historique complet de chaque particule en plus de tenir compte de l'emplacement de celles-ci, des contraintes thermiques et des contraintes mécaniques des instants précédents. C'est ainsi dans l'optique d'explorer cette méthode sans maillage que le présent projet est né pour modéliser et comprendre les mécanismes physiques du SFM.En parallèle au développement du modèle numérique SPH, un banc d'essai spécialement instrumenté a été mis en place pour récolter des données sur le soudage par friction malaxage. De nombreuses plaques d'aluminium 6061-T6 ont été soudées bout à bout selon divers paramètres. Des soudures asymétriques (soudage de deux alliages d'aluminium de composition chimique différente) ont aussi été réalisées afin d'étudier le mé...

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Mechanical and thermal modelling of Friction Stir Welding

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A Comparison of Different Finite Element Methods in the Thermal Analysis of Friction Stir Welding (FSW)

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A Review: Effect of Friction Stir Welding on Microstructure and Mechanical Properties of Magnesium Alloys

Étude numérique et expériementale du soudage par friction malaxage /

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