2015.04.18 Praca doktorska

UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
PROGRAM OPERACYJNY INNOWACYJNA GOSPODARKA
Priorytet 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii: Działanie 1.1. Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy
Poddziałanie 1.1.2 Strategiczne programy badań naukowych i prac rozwojowych; PK pn.: „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle
lotniczym”
Streszczenie
Stopy aluminium charakteryzujące się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi
i odpornościowymi na korozję, stanowią materiały konstrukcyjne wykorzystywane
między innymi przez przemysł lotniczy i budowlany. Jedną z metod łączenia stopów
aluminium jest zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału (ang. Friction Stir Welding
- FSW). Punktowe zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału z zamknięciem krateru
(ang. Refill Friction Stir Spot Welding - RFSSW) jest jedną z odmian FSW. Zasada
procesu polega na wyprowadzeniu specjalnego narzędzia w zakładkowo ustawione
blachy. Tarcie narzędzia o materiał zgrzewany generuje ciepło uplastyczniające materiał
rodzimy. Zgrzeina punktowa posiada bardzo dobre właściwości mechaniczne.
Celem pracy była analiza punktowych zgrzein, wykonanych metodą zgrzewania
tarciowego
z
mieszaniem
materiału
z
zamknięciem
krateru,
występujących
w aluminiowych belkach zginanych wykonanych ze stopu aluminium 6061-T6. Analizę
złożonych konstrukcji belkowych, poprzedzono oceną prostych połączeń zakładkowych
wykonanych przy użyciu technologii RFSSW. Połączenia zbudowano z dwóch blach
zgrzanych zakładkowo. Złącza zróżnicowano w zakresie liczby oraz rozstawu zgrzein
RFSSW. Oceny nośności, rozkładu odkształceń plastycznych oraz występowania pęknięć
zgrzein w prostych połączeniach zakładowych oraz w złożonych konstrukcjach
belkowych dokonano za pomocą badań eksperymentalnych oraz numerycznych. Badania
doświadczalne wykonano z wykorzystaniem systemu optycznej analizy deformacji.
Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów dowiedziono, że punktowe
zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału z zamknięciem krateru jest odpowiednią
techniką łączenia cienkościennych blach wykonanych ze stopu aluminium 6061-T6.
Otrzymane złącza charakteryzują się dobrą nośnością. Miejsca inicjacji pęknięć złączy
zakładkowych są zlokalizowane w miejscach maksymalnych odkształceń plastycznych.
Wnioski te przyczyniły się do opracowania modeli numerycznych pozwalających na
ocenę rozkładów odkształceń plastycznych. Liczba oraz rozmieszczenie zgrzein,
decydujące o sztywności konstrukcji belkowej, są zależne od wartości obciążeń, sposobu
jego działania oraz warunków podparcia konstrukcji. W przeprowadzonych
eksperymentach belek, ze zróżnicowanymi warunkami podparcia, nie zaobserwowano
pęknięć punktowych zgrzein RFSSW.
PROGRAM OPERACYJNY – INNOWACYJNA GOSPODARKA
Badania realizowane w ramach Projektu "Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym",
Nr POIG.01.01.02-00-015/08-00 w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka (PO IG).
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
PROGRAM OPERACYJNY INNOWACYJNA GOSPODARKA
Priorytet 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii: Działanie 1.1. Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy
Poddziałanie 1.1.2 Strategiczne programy badań naukowych i prac rozwojowych; PK pn.: „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle
lotniczym”
Summary
Aluminum alloys have a good strength and corrosion resistance. Aluminum alloys are
the construction materials, used by the aviation and civil engineering industry.
Friction Stir Welding (FSW) is a method of joining aluminum alloys. Refill Friction Stir
Spot Welding (RFSSW) is a more recent application of the FSW process. That method
uses a rotating tool which is plunged into the workpieces. Only a lap weld joint
configuration can be made by RFSSW. The rotating tool generates friction, produces
heat and plasticizes the welded material. The process has advantages classified by the
metallurgical, environmental and energy sectors. RFSSW spot welds are characterized
by very good mechanical properties.
The aim of the work was to analyse Refill Friction Stir Spot Welds occurring
in bent beams made of the sheets of 6061-T6 aluminum alloy. Analysis of the complex
beam structures was preceded by assessment of simple lap joints made using RFSSW
technology. The joints consisted of two lap welded sheets. The joints differentiated
in terms of the number and spacing of the RFSSW spot welds. The structures were
assessed regarding the shear or bending strength, the strains distributions and the location
of crack occurrence in simple lap joints and complex beam structures by means
of experimental and numerical analyzes. The experimental tests were carried out using
an optical deformation system, which enables measuring displacements and strains.
The experiments demonstrated that Refill Friction Stir Spot Welding is a suitable
technique to connect thin sheets of 6061-T6 aluminum alloy. RFSSW joints
are characterized by good load bearing. The cracks of simple lap joints occur in the places
where the maximum plastic deformation was observed. These conclusions have
contributed to the development of numerical models. The calculations allow one
to evaluate the distributions of plastic strains. The stiffness of the structures are
determined by the number and spacing of the spot welds. The arrangement of the spot
welds depended on the load values, types of load and conditions of the structure support.
In the experiments
carried out with differential conditions of support, there were
no cracks of RFSSW spot welds.
PROGRAM OPERACYJNY – INNOWACYJNA GOSPODARKA
Badania realizowane w ramach Projektu "Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym",
Nr POIG.01.01.02-00-015/08-00 w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka (PO IG).
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.