FSW


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FSW - kurze Version

Friction Stir Welding


FSW - lange Version

Friction-Stir Welding (FSW) ist ein Solid-State-Fügeverfahren (gemeint ist das Metall während des Prozesses nicht geschmolzen) und ist für Anwendungen, bei denen die ursprüngliche Metall Eigenschaften bleiben unverändert so weit wie möglich zu verwenden. Dieser Prozess ist in erster Linie auf Aluminium verwendet, und meistens auf großen Stücken, die nicht leicht wärmebehandelt nach dem Schweißen zu mildern Eigenschaften wiederhergestellt werden können. Es wurde erfunden und experimentell durch Wayne Thomas und ein Team von seinen Kollegen am Institut für Schweißtechnik Großbritannien im Dezember 1991 unter Beweis gestellt. TWI hat eine Reihe von Patenten auf den Prozess, wobei die erste den deskriptiven.

Das Prinzip der Arbeit

Schematische Darstellung des FSW-Verfahrens: (A) Zwei diskrete metallische Werkstücke butted zusammen, zusammen mit dem Werkzeug (mit einer Sonde).
(B) Der Fortschritt des Werkzeugs durch die gemeinsame, zeigt auch der Schweißzone und der Region durch das Werkzeug shoulder.In FSW, einer zylindrischen Schultern Werkzeug betroffen sind, mit einer profilierten Gewinde / ohne Gewinde-Sonde (nib oder Stift) gedreht wird mit konstanter Geschwindigkeit und gefüttert mit einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit in die gemeinsame Grenze zwischen zwei Stücken Blech oder Plattenmaterial, die zusammen gestoßen. Die Teile müssen fest mit einer Unterlage bar eingespannt werden in einer Weise, dass die angrenzenden Fügeflächen verhindert auseinandergedrückt. Die Länge der Feder ist etwas weniger als die Einschweißtiefe erforderlich und das Tool Schulter sollte in engem Kontakt mit der Arbeitsfläche werden. Die Feder wird dann gegen die Arbeit, oder umgekehrt bewegt.

Die Reibungswärme wird zwischen dem abriebfesten Schweißwerkzeug Schulter und Feder, und das Material der Werkstücke erzeugt. Diese Wärme, zusammen mit der Wärme, die durch die mechanische Mischvorgang und die adiabate Wärme im Material erzeugt werden, verursachen die gerührte Materialien ohne Erreichen des Schmelzpunktes (daher zitiert eine Solid-State-Prozess) zu erweichen, so dass die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs entlang der Schweißnaht in einer Weich-Rohrwelle aus Metall. Da der Stift in die Richtung des Schweißens, der führende Gesicht des Stiftes, durch eine spezielle Pin-Profil unterstützt bewegt wird, Weich-Kräfte Material an der Rückseite des Stiftes während der Anwendung einen erheblichen Schmieden Kraft auf das Schweißgut zu konsolidieren. Das Verschweißen des Materials wird durch starke plastische Verformung in den festen Zustand, mit dynamischer Rekristallisation des Grundmaterials erleichtert.

Mikrostrukturellen Merkmale

Die Solid-State-Natur des FSW-Verfahrens, mit seinen ungewöhnlichen Instrument und asymmetrischer Natur kombiniert, ergibt sich eine sehr charakteristische Mikrostruktur. Während einige Regionen sind bei allen Formen des Schweißens einige sind einzigartig für die Technik. Während die Terminologie ist vielfältig folgende Vertreter der Konsens.

Die Aufsehen Zone (auch Nugget, dynamisch rekristallisierten Zone) ist eine Region der stark deformierten Material, das entspricht in etwa der Lage des Stiftes während des Schweißens. Die Körner in der Aufregung Zone sind etwa gleichachsigen und oft eine Größenordnung kleiner als die Körner in den Grundwerkstoff. Ein einzigartiges Merkmal des Aufsehen Zone ist das gemeinsame Auftreten von mehreren konzentrischen Ringen, die als "Zwiebel-Ring"-Struktur verwiesen wurde. Die genaue Herkunft dieser Ringe nicht fest etabliert, obwohl die Unterschiede in Teilchendichte, Korngröße und Textur alle die vorgeschlagen worden sind.

Der Fluss Arm ist auf der oberen Fläche der Schweißnaht und besteht aus Material, das von der Schulter aus dem Rückzug Seite der Schweißnaht gezogen wird, um die Rückseite des Werkzeugs, und auf der fortschreitenden Seite. [Bearbeiten]
Die thermo-mechanisch beeinflusste Zone (TMAZ) tritt auf beiden Seiten der Aufsehen Zone. In diesem Bereich ist die Dehnung und Temperatur sind niedriger und die Wirkung der Schweiß auf die Mikrostruktur wird entsprechend kleiner. Im Gegensatz zu den Aufsehen Zone der Mikrostruktur ist erkennbar, dass der Grundwerkstoff, wenn auch deutlich deformiert und verdreht. Obwohl der Begriff TMAZ technisch bezieht sich auf die gesamte verformten Bereich ist es oft verwendet, um eine Region nicht bereits durch die Begriffe für die Beschreibung rühren Zone und fließen Arm.

Die Wärmeeinflusszone (HAZ) ist für alle Schweißverfahren. Wie der Name schon sagt, ist diese Region zu einem thermischen Zyklus unterworfen, aber nicht während des Schweißens verformt. Die Temperaturen sind niedriger als die in der TMAZ kann aber immer noch einen signifikanten Effekt, wenn das Gefüge thermisch instabil ist. In der Tat, in aushärtbaren Aluminiumlegierungen dieser Region häufig Ausstellungen zu den ärmsten mechanischen Eigenschaften.

Vor-und Nachteile

Die Solid-State-Natur des FSW führt sofort zu mehrere Vorteile gegenüber Schmelzschweißverfahren seit irgendwelche Probleme mit Kühlung aus der flüssigen Phase assoziiert sofort vermieden werden. Probleme wie Porosität, werden gelöste Umverteilung, Erstarrungsrisse und Seigerungen Rissbildung nicht ein Problem während des FSW. Im Allgemeinen hat FSW wurde festgestellt, dass eine niedrige Konzentration von Defekten zu produzieren und ist sehr tolerant gegenüber Schwankungen in den Parametern und Materialien.

Dennoch ist FSW mit einer Reihe von einzigartigen Mängeln verbunden. Zu wenig Schweiß Temperaturen, aufgrund der niedrigen Drehzahlen oder hohe Verfahrgeschwindigkeiten, zum Beispiel bedeuten, dass das Schweißgut nicht in der Lage umfangreiche Verformung beim Schweißen unterzubringen. Dies kann in langen, tunnelartigen Defekte entlang der Schweißnaht, die an der Oberfläche oder Untergrund auftreten können, führen. Niedrige Temperaturen können auch das Schmieden Aktion des Werkzeugs und reduzieren so die Kontinuität der Bindung zwischen dem Material von jeder Seite der Schweißnaht. Das Licht Kontakt zwischen dem Material hat zu dem Namen "kissing-bond" gegeben. Dieser Mangel ist besonders besorgniserregend, da es sehr schwer zu erkennen mit zerstörungsfreien Methoden wie Röntgen-oder Ultraschall-Prüfung ist. Wenn der Stift nicht lang genug ist oder das Werkzeug steigt aus der Platte dann die Schnittstelle an der Unterseite der Schweißnaht kann nicht unterbrochen und durch das Werkzeug geschmiedet werden, was zu einem Mangel-of-Penetration Defekt. Dies ist im Wesentlichen eine Kerbe in das Material, das eine ergiebige Quelle von Ermüdungsrisse werden können.

Eine Reihe von potenziellen Vorteile von FSW gegenüber herkömmlichen fusion-Schweißverfahren wurden identifiziert:

Gute mechanische Eigenschaften in den als geschweißten Zustand
Erhöhte Sicherheit durch das Fehlen von giftigen Dämpfen oder Spritzer von geschmolzenem Material.
Keine Verbrauchsmaterialien - herkömmliche Stahl-Tools [Klärungsbedarf] kann über 1000m aus Aluminium schweißen und keine Füller oder Schutzgas ist bei Aluminium erforderlich.
Einfach auf einfachen Fräsmaschinen automatisiert - niedrigere Rüstkosten und weniger Training.
Kann in allen Positionen (horizontal, vertikal, etc), Bedienung, da es keine Schweißbad.
Im Allgemeinen gut Nahtaussehen und minimaler Dicke unter / über-Matching, wodurch die Notwendigkeit für teure Bearbeitung nach dem Schweißen.
Geringe Umweltbelastung.
Allerdings haben einige Nachteile des Verfahrens ermittelt worden:

Exit Loch links, wenn das Werkzeug zurückgezogen wird.
Große down Kräfte mit Heavy-Duty-Spannen notwendig, um die Platten zusammen halten müssen.
Weniger flexibel als Handbuch und Bogen Prozesse (Schwierigkeiten mit Dickenschwankungen und nicht-linearen Schweißnähten).
Oft langsamer Verfahrgeschwindigkeit als einige Schmelzschweißverfahren obwohl dies ausgeglichen werden kann, wenn weniger Schweiß-Pässe benötigt werden.


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