Gap Tolerance for Friction Stir Welding of Large, Extruded Aluminum Profiles

Abstract

Friksjonssveising er en metode for sammenføyning av materialer, som aluminium, uten bruk av tilsatsmateriale eller en ekstern varmekilde. Denne studien har undersøkt hvor robust friksjonssveiseprosessen er ved varierende gap på grunn av geometrivariasjon og/eller nøyaktighet ved klamping. Eksperimentet i denne studien baseres på sammenføyning av 6082-T6 aluminium hulsprofiler, lengde på 1 meter, med manipulerte gapavstander mellom profilene. Aluminiumsprofilene har sveisetykkelser fra 17 mm til 23 mm på hver side. En gapløs sveis ble utført som et basiseksperiment og sammenligningsgrunnlag for eksperimenter med gap fra 0,0, 1,0, 1,5, 2,0 og 3,0 mm. For å analysere resultatene, er kraft, moment, rotasjonshastighet og sveisehastighet målt i prosessen, samt at makrografiske undersøkelser av sveisene er utført sammen med strekktester. Denne studien er å anse som en forstudie av hvordan friksjonsrørsveiseprosessen fungerer for sammenføyning av relativt tykke sveiser av hulprofiler med økende sveisegap.

Resultatene fra denne studien viser at sveiseprosessen er i stand til å produsere gode sveiser, ved begge sveisetykkelser, for mindre enn 2,0 mm gap. Ved 3,0 mm gapnivå oppstår et hulrom på den fremadskridende siden av nugget-sonen i sveisen. Det er også bevist med makrografiske undersøkelser, mangel på friksjonsvarme siden den termomekanisk påvirkede sonen er sterkt redusert på den fremadskridende siden når hulrommet oppstår. Strekktestresultatene viser at den ultimate strekkfastheten til sveisene reduseres minimalt sammenlignet med den grunnleggende gapfrie-sveisen. Ved både 17 mm og 23 mm sveisetykkelse holdt alle gapnivåer seg innenfor 1,22 % av den endelige strekkstyrken til de gapfrie sveisene.

Friction stir welding is a method of joining materials, such as aluminum, without the use of consumable tools or an external heat source. The present work has investigated how robust the friction stir welding process is when encountering gaps due to improper fitting workpieces. The experiment conducted in this study is focused on welding hollow extruded 6082-T6 aluminum profiles, of 1-meter length, with designed gap spacings created between them. The profiles which were assessed have weld thicknesses of 17 mm and 23 mm on either side. A gapless weld was performed as a baseline to compare the designed gaps of 0.0, 1.0, 1.5, 2.0, and 3.0 mm. To further examine the results of the testing the forces and torque of the weld have been analyzed and discussed, a macrographic examination of the welds was performed, and tensile tests were performed on the last half of the weld. This was a preliminary study into how the friction stir welding process performs with welds of these thicknesses on hollow extruded profiles.

The results from this study show that the welding process is able to produce sound welds, at both weld thicknesses, for the 2.0 mm gap and below. At the 3.0 mm gap level, voids are present on the advancing side of the nugget zone within the weld. There is also evidence, within the macrographic examination, of a lack of friction-produced heat as the thermo-mechanically affected zone is severely reduced on the advancing side when the voids are present. The tensile test results show that the ultimate tensile strength of the gapped welds is reduced minimally when compared with the baseline gapless weld. At both the 17 mm and 23 mm weld thickness, all gap levels stayed within 1.22% of the ultimate tensile strength of the gapless welds.