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Sensitivity analysis of the residual stress state in friction stir welding of high strength aluminum alloy

Bachmann, Marcel; Rethmeier, Michael; Wu, Chuan Song

FG Fügetechnik

In this paper, the friction stir welding process was numerically investigated for 6 mm thick aluminum alloy AA2024-T3. The finite element software COMSOL Multiphysics was used to calculate the transient thermal field during welding and the mechanical reaction depending on different mechanical clamping conditions and hardening models subsequently. A thermal pseudo-mechanical (TPM) heat source was implemented. Softening effects of the material due to precipitation hardening dissolution caused by the frictional heat were accounted for. The transient temperature evolution measured by thermocouple elements at various locations was compared to the numerical results. A good agreement was found for the thermal field. A sensitivity study of the mechanical models showed the strong influence of the clamping conditions and the softening model.
In diesem Artikel wird der Rührreibschweißprozess für 6 mm dicke Bleche aus AA2024-T3 numerisch untersucht. Die Finite-Elemente-Software COMSOL Multiphysics wurde eingesetzt, um sowohl das transiente Temperaturfeld während des Schweißvorgangs, als auch die entstehenden mechanischen Spannungen für verschiedene Einspannbedingungen und Verfestigungsmodelle zu berechnen. Dabei wurde eine thermo-pseudo-mechanische (TPM) Wärmequelle genutzt. Entfestigungseffekte des Materials, verursacht durch die Reibwärme bedingte Auflösung der Ausscheidungshärtung beim Rührreibschweißen, wurden berücksichtigt. Die transiente Wärmeausbildung wurde mittels Thermoelementen an verschiedenen Positionen gemessen und mit den numerisch ermittelten Werten verglichen. Dabei wurde eine gute Übereinstimmung für das Temperaturfeld erzielt. Eine Sensitivitätsstudie der genutzten mechanischen Modelle zeigt den starken Einfluss der Einspannbedingungen sowie der Entfestigung.