Structure and Properties of Copper Compensator Joints obtained by Hybrid Friction Stir Welding Technology

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Special copper compensators are used to compensate for temperature expansion, vibrations and the resulting dangerous deformations on power live conductors. Application of compensators for current-carrying elements allows to increase reliability, durability and safety of power electrical devices operation. However, now for compensators manufacturing the technology of the manual soldering is used, which lacks are low productivity, the limited sizes of received products, and also dependence of products quality on the personnel qualification. In this connection, the actual task is to develop new promising methods of obtaining copper compensators. Such methods include friction stir welding. This type of permanent joints formation is widely used in the shipbuilding and automotive industries, production of missile bodies for aerospace, and others. Friction stir welding was developed primarily for the production of permanent joints of thermally hardenable aluminum alloys, but it is also used for welding of thermally non-hardenable aluminum alloys, titanium alloys, steels and copper. Theoretical and experimental studies of friction stir welding of copper demonstrate the high ability of this technology to produce permanent joints from copper and its alloys. The purpose of the present work was to reveal the peculiarities of the structure and mechanical properties of copper compensators produced by friction stir welding. Results and discussions. The carried out researches have shown, that at friction stir welding of copper monolithic plate with copper foil, preliminary connected by soldering in a package, allows to receive a joint without formation of undesirable intermetallic compounds. Solder layers are mixed in the weld, and the distribution of solder in the stir zone is uneven. Microhardness and elemental microanalysis data showed that the retreating side of the joint contains the largest number of solder layers. The structure of the foil package has not changed after welding, so that the conductivity of the material has not changed either. Tensile tests have shown that the compensator is not fractured by the weld, but by successive rupture of the copper foil, which allows the damaged element to be identified in advance.

About the authors

K. A. Tatiana

Email: gelombang@ispms.tsc.ru
Institute of Strength Physics and Materials Science Siberian Branch of Russian Academy of Science, 2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation, gelombang@ispms.tsc.ru

K. N. Kirill

Email: kkn@ispms.tsc.ru
Institute of Strength Physics and Materials Science Siberian Branch of Russian Academy of Science, 2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation, kkn@ispms.tsc.ru

S. A. Mikhail

Email: shved1951@rambler.ru
Ph.D. (Engineering), I.N. Ulianov Chuvash State University, 15 Moskovsky Prospekt, Cheboksary, 428015, Russian Federation, shved1951@rambler.ru

V. A. Petr

Email: svarkacheb@yandex.ru
I.N. Ulianov Chuvash State University, 15 Moskovsky Prospekt, Cheboksary, 428015, Russian Federation, svarkacheb@yandex.ru

References

  1. Adhesion transfer in sliding a steel ball against an aluminum alloy / S.Yu. Tarasov, A.V. Filippov, E.A. Kolubaev, T.A. Kalashnikova // Tribology International. – 2017. – Vol. 115. – P. 191–198. – doi: 10.1016/j.triboint.2017.05.039.
  2. Tarasov S.Yu., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. A proposed diffusion-controlled wear mechanism of alloy steel friction stir welding (FSW) tools used on an aluminum alloy // Wear. – 2014. – Vol. 318, N 1. – P. 130–134. – doi: 10.1016/j.wear.2014.06.014.
  3. Mishra R.S., Ma Z.Y. Friction stir welding and processing // Material Science and Engineering: R. – 2005. – Vol. 50, N 1. – P. 1–78. – doi: 10.1016/j.mser.2005.07.001.
  4. Al-Moussawi M., Smith A.J. Defects in friction stir welding of steel // Metallography, Microstructure, and Analysis. – 2018. – Vol. 7, N 2. – P. 194–202. – doi: 10.1007/s13632-018-0438-1.
  5. AbuShanab W.S., Moustafa E.B. Detection of friction stir welding defects of AA1060 aluminum alloy using specific damping capacity // Materials (Basel, Switzerland). – 2018. – Vol. 11, N 12. – P. 2437. – doi: 10.3390/ma11122437.
  6. Challenges in the detection of weld-defects in friction-stir-welding (FSW) / M.A. Wahab, M.W. Dewan, D.J. Huggett, A.M. Okeil, T.W. Liao, A.C. Nunes // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2019. – Vol. 5, N 2. – P. 258–278. – doi: 10.1080/2374068X.2019.1575713.
  7. Das B., Pal S., Bag S. Defect detection in friction stir welding process using signal information and fractal theory // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 144. – P. 172–178. – doi: 10.1016/j.proeng.2016.05.021.
  8. Reduction of defects in Al-6061 friction stir welding and verified by radiography / D. Kumaravel, V.K.B. Raja, C. Potnuru, N. Polina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – Vol. 197. – P. 12062. – doi: 10.1088/1757-899x/197/1/012062.
  9. Experimental study on effect of welding parameters of friction stir welding (FSW) on aluminium AA5083 T-joint / M.T.S.M. Said, D.A. Hamid, A. Ismail, S.N.N. Zainal, M. Awang, M.A. Rojan, I.M. Ikram, M.F. Makhtar // Information Technology Journal. – 2016. – Vol. 15. – P. 99–107. – doi: 10.3923/itj.2016.99.107.
  10. Khodir S.A., Shibayanagi T. Friction stir welding of dissimilar AA2024 and AA7075 aluminum alloys // Materials Science and Engineering: B. – 2008. – Vol. 148, N 1. – P. 82–87. – doi: 10.1016/j.mseb.2007.09.024.
  11. Towards aging in a multipass friction stir–processed АА2024 / K.N. Kalashnikov, S.Yu. Tarasov, A.V. Chumaevskii, S.V. Fortuna, A.A. Eliseev, A.N. Ivanov // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 103. – P. 2121–2132. – doi: 10.1007/s00170-019-03631-3.
  12. Tensile strength on friction stir processed AMg5 (5083) aluminum alloy / A.V. Chumaevsky, A.A. Eliseev, A.V. Filippov, V.E. Rubtsov, S.Yu. Tarasov // AIP Conference Proceedings. – 2016. – Vol. 1783. – P. 5–9. – doi: 10.1063/1.4966320.
  13. Investigation of weld defects in friction-stir welding and fusion welding of aluminium alloys / P. Kah, R. Rajan, J. Martikainen, R. Suoranta // International Journal of Mechanical and Materials Engineering. – 2015. – Vol. 10, N 1. – P. 26. – doi: 10.1186/s40712-015-0053-8.
  14. Gangwar K., Ramulu M. Friction stir welding of titanium alloys: a review // Materials and Design. – 2018. – Vol. 141. – P. 230–255. – doi: 10.1016/j.matdes.2017.12.033.
  15. A review of friction stir welding of steels: tool, material flow, microstructure, and properties / F.C. Liu, Y. Hovanski, M.P. Miles, C.D. Sorensen, T.W. Nelson // Journal of Materials Science and Technology. – 2018. – Vol. 34, N 1. – P. 39–57. – doi: 10.1016/j.jmst.2017.10.024.
  16. Friction stir welding of dissimilar aluminum alloy combinations: state-of-the-art / V. Patel, W. Li, G. Wang, F. Wang, A. Vairis, P. Niu // Metals. – 2019. – Vol. 9 (3). – P. 270. – doi: 10.3390/met9030270.
  17. Friction stir welding of copper: numerical modeling and validation / P. Sahlot, A.K. Singh, V.J. Badheka, A. Arora // Transactions of the Indian Institute of Metals. – 2019. – Vol. 72 (5). – P. 1339–1347. – doi: 10.1007/s12666-019-01629-9.
  18. Hwang Y.M., Fan P.L., Lin C.H. Experimental study on friction stir welding of copper metals // Journal of Materials Processing Technology. – 2010. – Vol. 210 (12). – P. 1667–1672. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2010.05.019.
  19. Investigation of mechanical properties of friction stir welded pure copper plates / P. Nagabharam, D.S. Rao, J.M. Kumar, N. Gopikrishna // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, N 1, pt. 1. – P. 1264–1270. – doi: 10.1016/j.matpr.2017.11.210.
  20. Valeeva A.K., Valeev I.S. On the microhardness and microstructure of copper Cu99,99 % at radial-shear rolling // Letters on Materials. – 2013. – Vol. 3 (1). – P. 38–40. – doi: 10.22226/2410-3535-2013-1-38-40.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».