Техніка та енергетика

Оцінка термо-механічної реакції компонентів за допомогою техніки ротаційного тертя при зварюванні

Мотанна Таха Мохаммед Фаттах Ага
Завантажити статтю
Анотація

Ротаційне термове зварювання (RFW) є одним з найважливіших процесів для з’єднання металів, як однакових, так і різних. RFW здобуло популярність серед багатьох виробничих секторів, оскільки зменшує теплові деформації, зменшує площу термічно уражених зон, забезпечує підвищені темпи виробництва та усуває потребу у заповнювальних матеріалах. Основною метою цього дослідження були механічні властивості зварних швів, з акцентом на взаємозв’язок швидкості шпинделя з якістю зварних швів для трьох різних типів матеріалів, що з’єднуються: алюміній-алюміній, сталь-алюміній та сталь-сталь. Ці зварювання були виготовлені за допомогою техніки ротаційного тертя на токарному верстаті. Проведено випробування на розтягування для оцінки того, як зварювання витримує навантаження. Здійснено ультразвукові перевірки для виявлення тріщин або пор в зварних швах. Проведено мікрометричні вимірювання для оцінки зони зварювання. Тести на твердість були проведені для визначення ступеня опору матеріалу. Нарешті, була проведена металографічна оцінка для дослідження мікроструктурних характеристик зварних швів. Тести показали, що з підвищенням швидкості шпинделя знижувався еластичний опір зварних швів. Було встановлено, що ця втрата еластичного опору виникає через високу температуру, яка утворюється при високих швидкостях шпинделя, що призводить до пом'якшення мікроструктури. Оптимальна механічна продуктивність була досягнута при швидкості шпинделя 1 250 об/хв, що забезпечило найвищий рівень механічних властивостей, таких як міцність і твердість. Крім того, через ультразвукові тести було підтверджено, що всі зварні шви, отримані за допомогою RFW, були повністю без дефектів. Отже, ці результати чітко демонструють, що RFW може створювати зварні шви з високими механічними властивостями та без дефектів, якщо існують оптимальні умови процесу, особливо якщо швидкість шпинделя налаштована відповідно до матеріалів

Ключові слова

з’єднання у твердому стані; термо-механічний аналіз; зона термічного впливу; металографічна характеристика; зварювання різнорідних металів

ЦИТУВАТИ
Agha, M.T.M.F. (2026). Evaluation of thermo-mechanical response of components by rotary friction welding technique. Machinery & Energetics, 17(1), 20-27. https://doi.org/10.31548/machinery/1.2026.20
Використані джерела
  1. Ariyansah, R., Prabowo, A.R., Muhayat, N., Nugroho, B.A., & Triyono. (2025). The role of pressure in improving the properties of friction welded aluminum-copper dissimilar joints. Journal of Advanced Joining Processes, 12, article number 100329. doi: 10.1016/j.jajp.2025.100329.
  2. ASTM International. (2025). ASTM E18-25: Standard test methods for Rockwell hardness of metallic materials. West Conshohocken, PA: ASTM International. doi: 10.1520/E0018-25.
  3. Benkherbache, H., Amroune, S., Zaoui, M., Mohamad, B., Silema, M., & Saidani, H. (2020). Characterization and mechanical behaviour of similar and dissimilar parts joined by rotary friction welding. Engineering Solid Mechanics, 9(1), 23-30. doi: 10.5267/j.esm.2020.6.002.
  4. Chatha, J.S., Handa, A., & Bedi, T.S. (2021). Strength analysis of rotary friction welded joints of dissimilar steel grades. Materials Today: Proceedings, 38, 242-247. doi: 10.1016/j.matpr.2020.07.090.
  5. Farbakhti, M., Elmi Hosseini, S.R., Mousavi Mohammadi, S.A., Sadatabhari, S., Yuan-ming, H., & Li, R. (2025). Similar and dissimilar rotary friction welding of steels: A review of microstructural evolution and mechanical properties. Journal of Materials Research and Technology, 36, 8777-8803. doi: 10.1016/j.jmrt.2025.05.079.
  6. Gangil, N., Mishra, A., Lone, N.F., Bajaj, D., Chen, D., Haider, J., Chen, X., Konovalov, S., & Siddiquee, A.N. (2025). Linear friction welding of similar and dissimilar materials: A review. Metals and Materials International, 31(1), 1-21. doi: 10.1007/s12540-024-01738-1.
  7. Geng, P., Qin, G., Ma, H., Zhou, J., Zhang, C., & Ma, N. (2021). Numerical modelling on the plastic flow and interfacial self-cleaning in linear friction welding of superalloys. Journal of Materials Processing Technology, 296, article number 117198. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117198.
  8. Ghari, H., Taherizadeh, A., Sadeghian, B., Sadeghi, B., & Cavaliere, P. (2024). Metallurgical characteristics of aluminum-steel joints manufactured by rotary friction welding: A review and statistical analysis. Journal of Materials Research and Technology, 30, 2520-2550. doi: 10.1016/j.jmrt.2024.03.089.
  9. Gotawala, N., & Shrivastava, A. (2021). Investigation of interface microstructure and mechanical properties of rotatory friction welded dissimilar aluminum-steel joints. Materials Science and Engineering: A, 825, article number 141900. doi: 10.1016/j.msea.2021.141900.
  10. Kulkarni, V.V., & Kulkarni, P.C. (2021). Experimental analysis of rotary friction joining process by EN1A bright mild steel under normal air and wet environment condition. Materials Today: Proceedings, 46, 6501-6506. doi: 10.1016/j.matpr.2021.03.690.
  11. Li, H., Zhang, J., Ao, N., Xu, J., & Ji, D. (2023). Influence of residual stress and its relaxation on the corrosion bending fatigue resistance of EA4T axle steel treated by ultrasonic surface rolling. International Journal of Fatigue, 170, article number 107561. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2023.107561.
  12. Malau, L.F., Ilman, M.N., & Sasmito, A. (2025). Effect of welding time on microstructure and mechanical properties of rotary friction weld joints of AA6061. In A. El Kharbachi, I.D. Wijayanti, P. Suwarta & I. Tolj (Eds.), Smart innovation in mechanical engineering (pp. 249-258). Singapore: Springer Nature. doi: 10.1007/978-981-97-7898-0_28.
  13. Maleki, E., Farrahi, G.H., Reza Kashyzadeh, K., Unal, O., Gugaliano, M., & Bagherifard, S. (2021). Effects of conventional and severe shot peening on residual stress and fatigue strength of steel AISI 1060 and residual stress relaxation due to fatigue loading: Experimental and numerical simulation. Metals and Materials International, 27(8), 2575-2591. doi: 10.1007/s12540-020-00890-8.
  14. Miao, H., Tsutsumi, S., Yamashita, T., Morisada, Y., & Fujii, H. (2023). Fatigue strength improvement of linear friction welded butt joints of low carbon steel by pressurizing after oscillation. Journal of Manufacturing Processes, 102, 795-805. doi: 10.1016/j.jmapro.2023.08.004.
  15. Miao, H., Yamashita, T., Tsutsumi, S., Morisada, Y., & Fujii, H. (2024). Multiple analyses of factors influencing fatigue life of linear friction welded low carbon steel. Journal of Advanced Joining Processes, 9, article number 100201. doi: 10.1016/j.jajp.2024.100201.
  16. Saib, C., Amroune, S., Chebbah, M.-S., Belaadi, A., Zergane, S., & Mohamad, B. (2025). Thermal, metallurgical, and mechanical analysis of single-pass INC 738 welded parts. Metals, 15(6), article number 679. doi: 10.3390/met15060679.
  17. Su, Y., Zhou, M., Li, W., Yang, X., Shi, Q., Xiong, Y., Wang, P., & Chen, G. (2025). Microstructural evolution and mechanical behavior of TA5 titanium alloy joint in low-temperature friction stir welding with various cooling rates. Engineering Failure Analysis, 176, article number 109667. doi: 10.1016/j.engfailanal.2025.109667.
  18. Wang, J., Fu, X., Zhang, L., Zhang, Z., Liu, J., & Chen, S. (2021). A short review on laser welding/brazing of aluminum alloy to steel. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 112, 2399-2411. doi: 10.1007/s00170-021-06607-4.
  19. Xu, X., You, G., Ding, Y., Tong, X., Zai, L., & Liu, Q. (2020). Microstructure and mechanical properties of inertia friction welded joints between high-strength low-alloy steel and medium carbon steel. Journal of Materials Processing Technology, 286, article number 116811. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116811.
  20. Yang, X., Meng, T., Su, Y., Xu, R., Guo, Z., Xu, Y., Ma, T., & Li, W. (2025). Effect of initial microstructure on performance and corrosion behavior of GH4169 superalloy joint produced by linear friction welding. Chinese Journal of Aeronautics, 38(3), article number 103226. doi: 10.1016/j.cja.2024.09.002.