Συγκολλήσεις ανάδευσης με τριβή μεταλλικών ελασμάτων

Φεργάδης, Παναγιώτης

Friction stir welding of sheets

Διπλωματική εργασία

Author

Φεργάδης, Παναγιώτης

Date

2023-10-12

Advisor

Vairis, Achilles

Διπλωματική Εργασία (4.475Mb)

Keywords

Συγκολλήσεις ; Ελάσματα αλουμινίου ; Κράμα 2024 ; Παράμετροι συγκόλλησης ; Friction stir welding ; Εφελκυστική αντοχή

Abstract

Η συγκόλληση ανάδευσης με τριβή είναι μια μέθοδος συγκόλλησης στερεάς κατάστασης που αναπτύχθηκε και βρίσκει εκτεταμένη εφαρμογή στην αεροναυπηγική βιομηχανία για την συγκόλληση ελασμάτων αλουμινίου σειρών, οι οποίες είναι δύσκολο να συγκολληθούν με συμβατικές μεθόδους συγκόλλησης. Συγκριτικά με τις συμβατικές μεθόδους, οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται είναι μικρότερες περιορίζοντας τις αστοχίες που εμφανίζονταν κατά την στερεοποίηση. Η συγκόλληση πραγματοποιείται μέσω ενός περιστρεφόμενου εργαλείου, το οποίο ερχόμενο σε επαφή με το υλικό βάσης παράγει ένα ποσό θερμότητας τριβής. Την ίδια στιγμή ασκώντας πίεση ενώ περιστρέφεται μεταξύ των επιφανειών προς συγκόλληση σχηματίζει την γραμμή συγκόλλησης ανακατεύοντας το υλικό βάσης. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία έχει σκοπό να πραγματοποιηθούν συγκολλήσεις μεταξύ ελασμάτων αλουμινίου κράματος 2024, με διαφορετικές παραμέτρους και να σχολιαστεί ο συνδυασμός των παραμέτρων που θα ορίζονται. Οι παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν είναι οι ταχύτητες περιστροφής 750 rpm και 1500 rpm σε συνδυασμό με μια σταθερή ταχύτητα πρόωσης 50mm/min. Όλη η διαδικασία της συγκόλλησης πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο CNC κατεργασιών του ΠΑΔΑ. Κριτήριο για την ποιότητα της συγκόλλησης σε αυτή την εργασία θα αποτελέσει η εφελκυστική αντοχή της σε σχέση με αυτή του μετάλλου βάσης , αλλά και η εικόνα που θα παρουσιάζει σε μακροσκοπικό επίπεδο. Η αντοχή δοκιμάστηκε στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών της σχολής του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής όπου έγινε και η μακροσκοπική απεικόνιση. Τα αποτελέσματα σχολιάστηκαν όπως και οι δυσκολίες στην διαδικασία που ακολουθήθηκε, προτείνοντας τρόπους ώστε να βελτιωθούν οι συνθήκες συγκόλλησης. Συμπερασματικά, διαπιστώθηκε ότι οι συγκολλήσεις που πραγματοποιήθηκαν είχαν κάποιες αποδεκτές τιμές αντοχής και παραμορφώσεως, ωστόσο το βέλτιστο θα ήταν να αναλυθούν και μικροσκοπικά για να υπάρχει μια εμπεριστατωμένη εικόνα των αποτελεσμάτων. Έτσι θα είναι εφικτό να γίνει βελτιστοποίηση των παραμέτρων.

Abstract

Friction Stir Welding is a solid state joining technique developed and widely used for aircraft manufacturing to join aluminium alloys, classified as non-weldable or difficult to weld with conventional joining techniques. Compared to conventional technique, there is less generated heat minimizing the formation of defects during solidification. The joining is accomplished by a rotating tool, which generates frictional heat when it touches the base material. Simultaneously, it applies pressure between the joining surfaces while rotating resulting in the joint line by mixing the base material. The purpose of the dissertation is to complete friction stir welding of aluminium alloy 2024 sheets, with different parameters and discuss the combination of the determined parameters. The parameters used are, rotational speed of 750 rpm and 1500 rpm combined with a constant value of welding speed of 50mm/min. The whole process was completed at the CNC machining Laboratory of University of West Attica. The criterion for judging the joint quality in the dissertation, is the tensile strength of the weld compared to the strength of the base metal and the visual result of the joint on a macroscopic level. The tensile strength was tested at the Materials Technology Laboratory of the University of West Attica, where the macroscopical analysis was also conducted. The results were discussed, as were the difficulties of the followed process, suggesting ways to improve the welding conditions. Concluding, it was as detected that the joints had some accepted tensile strength and elongation values, however it would be optimum to conduct a microscopical analysis to have a comprehensive display of the results. In this way it would be feasible to accomplish an optimization of welding parameters.