Mechanisms in Joining of Dissimilar Materials using Friction Stir Welding
Final Report Abstract
Das Rührreibschweißen ist ein innovatives Fügeverfahren, bei dem die Werkstücke in der Fügezone mit einem verschleißbeständigen Werkzeug plastifiziert werden, um eine stoffschlüssige Verbindung zu erzeugen. Da bei diesem Verfahren die Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe nicht überschritten wird, ist es möglich, qualitativ hochwertige Verbindungen artfremder Werkstoffe zu realisieren. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden die Bindemechanismen beim Rührreibschweißen von Mischverbindungen näher betrachtet. Als wesentlicher Bindemechanismus wurden die metallische Bindung an der Grenzfläche der Fügepartner und der damit einhergehende Stoffschluss identifiziert. Einen großen Einfluss auf die Scherzugfestigkeit der Verbindung hat dabei die Dicke der durch Interdiffusion gewachsenen intermetallischen Phasenschicht (engl.: Intermetallic Compound, kurz: IMC). Zudem war die prozessseitige Beeinflussung der identifizierten Bindemechanismen ein Untersuchungsschwerpunkt des Projekts A6. Es wurde festgestellt, dass die Prozesstemperatur die Dicke der intermetallischen Phasenschicht und damit die mechanischen Eigenschaften der Verbindung wesentlich beeinflusst. Die letzte Projektphase umfasste die Entwicklung und die Implementierung einer Temperaturregelung, mit der eine prozesssichere Anwendung des Rührreibschweißens durch die Einhaltung einer definierten Schweißtemperatur sichergestellt werden sollte. Der Zusammenhang zwischen der Prozesstemperatur und der Dicke der intermetallischen Phasenschicht kann über ein analytisches Arrhenius-Modell, das im Rahmen des SPP1640 (TP A6) entstanden ist, beschrieben werden. Dieses Modell sollte im Rahmen der dritten Förderphase anhand der aufgebauten Temperaturregelung validiert werden. Im Rahmen der Projektverlängerung wurde der Einfluss der Vorschubgeschwindigkeit und der damit einhergehenden Prozesszeit auf die Ausbildung der intermetallischen Phasenschichten und die Verbindungseigenschaften näher untersucht.
Publications
- „Formation of Joining Mechanisms in Friction Stir Welded Dissimilar Al-Ti Lap Joints“ in Advanced Materials Research: Tribology in Manufacturing Processes & Joining by Plastic Deformation, Darmstadt, S. 510–520, 2014
M. Krutzlinger, R. Marstatt, S Suenger, J. Luderschmid, M. F. Zaeh, F. Haider
(See online at https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.966-967.510) - „Towards an Understanding of Joining Mechanisms of Dissimilar Friction Stir Welds“, Proceedings of the 11th International Symposium on Friction Stir Welding, Cambridge, 2016
M. Krutzlinger, R. Marstatt, F. Haider, A. Butzhammer und M. F. Zaeh
- „Entwicklung eines FSW-Spezialwerkzeugs zur Messung der Schweißtemperatur“, DVS-Berichte, Band 337, Düsseldorf, 2017
G. Costanzi, A. Bachmann und M. F. Zaeh
- „Formation of a diffusion-based intermetallic interface layer in friction stir welded dissimilar Al-Cu lap joints“, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., Jg. 181, o. Nr., S. 12002, 2017
R. Marstatt, M. Krutzlinger, J. Luderschmid, M. F. Zaeh und F. Haider
(See online at https://doi.org/10.1088/1757-899X/181/1/012002) - „Intermetallic layers in temperature controlled Friction Stir Welding of dissimilar Al-Cu-joints“, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., Jg. 373, o. Nr., S. 59–65, 2018
R. Marstatt, M. Krutzlinger, J. Luderschmid, G. Constanzi, J. F. J. Mueller, F. Haider and M. F. Zaeh
(See online at https://doi.org/10.1088/1757-899X/373/1/012017) - „Temperature Control for Friction Stir Welding of Dissimilar Metal Joints and Influence on the Joint Properties“ in Bd. 767, Key Engineering Materials:, Trans Tech Publications, Hrsg., 2018
M. Krutzlinger, R. Marstatt, G. Costanzi, A. Bachmann, F. Haider, M. F. Zaeh
(See online at https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.767.360) - „Friction stir welding of dissimilar metal joints“, Materialwiss. Werkstofftech., Jg. 50, Nr. 8, S. 949–957, 2019
A. Zens, M. F. Zaeh, R. Marstatt und F. Haider
(See online at https://doi.org/10.1002/mawe.201900023) - „Gaussian process regression to predict the morphology of friction-stir-welded aluminum/copper lap joints“, Int J Adv Manuf Technol, Jg. 102, Nr. 5–8, S. 1839–1852, 2019
M. Krutzlinger, E. Meltzer, M. Muehlegg und M. F. Zaeh
(See online at https://doi.org/10.1007/s00170-018-03229-1) - „Temperature-controlled friction stir welding process of Al-Cu joints with complex geometries“, AIP Conf. Proceedings, Jg. 2113, Nr. 1, S. 50004, 2019
S. Grabmann, A. Zens, R. Marstatt, F. Haider und M. F. Zaeh
(See online at https://doi.org/10.1063/1.5112568)
