Predicting the weld zones size in FSSW of 304L stainless steel plates by mathematical model based on RSM

• Daei-Sorkhabi, Amir Hossein ^[1]
  1. [1] Islamic Azad University

     Islamic Azad University

     Irán

     
• Localización: Revista de metalurgia, ISSN 0034-8570, Vol. 59, Nº 2, 2023 (Ejemplar dedicado a: Online first; e241)
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Predicción del tamaño de las zonas de soldadura usando soldadura por fricción-agitación de punto de placas de acero inoxidable 304L mediante un modelo matemático basado en la metodología de superficie de respuesta
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• Resumen
  • español

    Los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 son ampliamente utilizados en la industria debido a sus propiedades especiales. El alto calor aplicado en la soldadura por fusión reduce las propiedades de estos aceros y causa muchos problemas. Por esta razón, la soldadura por fricción-agitación de punto, que es un tipo de soldadura en estado sólido, es útil y se utiliza ampliamente en las industrias de alta tecnología. En este trabajo, se desarrolla un modelo de elementos finitos explícito y dinámico en 3D para simular la soldadura por fricción-agitación de punto de placas de acero inoxidable 304L. Utilizando este modelo, se obtienen la distribución de la temperatura y el tamaño de las zonas de soldadura (espesor de las zonas de soldadura). A continuación, mediante un estudio experimental, se obtienen los resultados de la temperatura y el tamaño de las zonas de soldadura para que sirvan de criterio de comparación y validación de los resultados numéricos. La microestructura y la dureza de estas zonas se determinan experimentalmente. Por último, se propone un modelo matemático basado en la metodología de superficie de respuesta para predecir el tamaño de las zonas de soldadura. Se observa una buena correlación entre los resultados numéricos que arroja la simulación por elementos finitos, el modelo propuesto y los datos experimentales. Los resultados muestran que el nivel máximo de temperatura aparece en la zona de agitación y se reduce al alejarse del centro de la soldadura. Asimismo, al aumentar la velocidad de giro, la profundidad de penetración y el tiempo de permanencia de la herramienta, el tamaño tanto de la zona de agitación como de la zona afectada por el calor aumenta hasta alcanzar un valor máximo y, a continuación, disminuye el tamaño de esta última zona.

  • English

    The 300 series austenitic stainless steels are widely used in industries due to their special properties. High heat in fusion welding reduces the properties of these steels and causes many problems. Therefore, stir friction spot welding, which is a type of solid state welding, is useful and widely used in high-tech industries. In this paper, a 3D dynamic explicit finite element model is developed to simulate the friction stir spot welding of 304L stainless steel plates. Using this model, the temperature distribution and the size of weld zones (thickness of weld zones) are obtained. Then, by experimental study, the results of the temperature and the size of weld zones were obtained to be a criterion for comparing and validating the numerical results. Microstructure and hardness of these zones are determined experimentally. Finally, a mathematical model based on the response surface methodology is proposed to predict the size of weld zones. Good agreement between the numerical results that are produced by the finite element simulation, the proposed model and the experimental data is observed. The results show the maximum temperature level appears in the stir zone and it reduces by moving from the weld center. Also, by increasing the rotational speed, plunging depth and dwell time of the tool, the size of both the stir zone and the heat affected zone increase to a peak value and then the size of the latter zone decreases.