CU1 - FSW Osnove FSW Specialist in inženir

1

CU1 - FSW Osnove FSW Specialist in inženir

This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein - ERASMUS + KA2: 2017-1-SK01-KA202-035415 2

1. FSW Osnove1.1 - Predstavitev FSW

Specialist + inženir


Varjenje s pomočjo mešanja materiala s pomočjo vrtečega orodja (FSW)− Je postopek spajanja, kadar sta dva

ali več kovinskih obdelovancevzdružena družila s segrevanjem s pomočjo trenja in mešanja materiala v plastičnem stanju, ki ga brez dodajnega materiala spajamo s pomočjovrtečega se orodja, ki prehaja vzdolž zvara.

Spajanje s pomočjo trenja (FSP)− Je različica v delovanju FSW. Proces

FSW lokalno spremeni mikrostrukturo in lastnosti zvaraobmočja. S trenjem mešamo do celih kosov materiala. Orodje se vodi naprej in nazaj za spreminjanjelastnosti materiala.

1.1 - Predstavitev FSW



Izvedba tega projekta je financirana s strani Evropske komisije. Ta publikacija odraža le stališča avtorjev, in Komisija ne more biti odgovorna za kakršnokoli uporabo, ki se lahko iz informacij v njej, - ERASMUS + KA2: 2017-1-SK01-KA202-035415izvede 4

FSW FSP


Hitrost vrtenja

PIN

ZVAR

RAME

HITROST

dendritiorodje

Deformirano področjei Raztegnjeni dendriti




Podporna plošča




Metalurške prednosti:• trdna faza procesa spajanje,• majhno popačenje,• visoka dimenzijska stabilnost in ponovljivost,• ne izgubi legirne elemente,• dobre mehanske lastnosti,• fino prekristaliziramo struktura,• Manj razpok.




Okoljske koristi:• ni potreben zaščitni plin,• zahteva pripravo minimalne površine,• odpravlja brušenje - odpadki,• odpravlja čistila topila in razmaščevalce,• Prihranki pri potrošnih materialih,• odsotnost škodljivih emisij.


Izvedba tega projekta je financirana s strani Evropske komisije. Ta publikacija odraža le stališča avtorjev, in Komisija ne more biti odgovorna za kakršnokoli uporabo, ki se lahko iz informacij v njej, - ERASMUS + KA2: 2017-1-SK01-KA202-035415izvede 8.


Energetske prednosti:• zmanjša porabo energije v primerjavi z laserskim

varjenjem,• zmanjša težo skupnega varjenca kar povzroči

zmanjšanje porabe goriva v avtomobilski, ladijski in letalski aplikaciji,

• Zmanjšanje mase rezultira izboljšano uporabo materiala.




Slabosti FSW procesa:• Velika količina obrabe orodja

• Posamezne hitrosti podajanja varjenje v nekaterih zlitinah so počasnejšekot pri nekaterih tehnikah obločnega varjenja

• Oprema se uporablja za FSW je velika in draga, zaradi visokih varilnih sil

• Visokotemperaturne materiale, kot na primer jekla in nerjavnega jeklaimajo omejitve pri orodju

• Odsotnost žice polnila pomeni, da postopek ni mogoče zlahka uporabiti za izdelavo kotnih zvarov

• Prisotnost izhodne luknje po konvencionalnem FSW postopku


FSW se lahko uporabljajo v naslednjih panogah:– Ladjedelništvo in Off-shore

– Avtomobilizem

– Železnice

– Aerospace

– izdelava

– Drugo (električni, nafta in plin, jedrska industrija, gradbeništvo)

Izvedba tega projekta je financirana s strani Evropske komisije. Ta publikacija odraža le stališča avtorjev, in Komisija ne more biti odgovorna za kakršno koli uporabo, ki se lahko iz informacij v njej, - ERASMUS + KA2: 2017-1-SK01-KA202-035415 10



Varjenje postopka tornega vmešanja FSW za železnice se v glavnem uporabljajo za aluminijaste plošče zavagone





Železniški program - popolnoma avtomatsko varjenje ekstrudiranih profilov in plošč



Varjenje FSW za AvtomobilizemKjer se lahko uporablja za:• zapirala, • rezervoarje, • bate, • platišča, • prikolice





Avtomobilizem - proizvodnja platišč. Robotski FSW avtomobilske karoserije




FSW točkovno varjenje Spajanje različnih kovin


Aluminij na jeklo



Možne avtomobilske aplikacije za FSW: mešani spoj med dvemadebelinama, pertlan spoj in prekrovno varjenje.



FSW za ladjedelništvo kjer se lahko uporablja za:• aluminijaste plošče za globoko zamrzovanje rib na

ribiških ladjah, • plošče za krove in pregrade, • Plošče za satovja,• vodoodporne plošče





Ladjedelništvo - velika plošča FSW Panel varjen z FSW



Varjenje FSW za Arhitekturo in gradbeništvo kjer se lahko uporablja za:• Talne obloge• krove• steze• hodnike• stene• platnene strehe• vremenske zaščite• Viseče sisteme• nosilce





Gradbeništvo - baldahin izdelan s FSW Mostiček in vremenski ščit



FSW za Letalstvo se lahko uporablja za:• cisterne za gorivo vesoljskih plovilih• rampe• Aluminijaste plošče• sendvič sklope• Podvozja in vrata• Tanke za goriva• krila





Vesoljska industrija - letalo - obloga rezervoar za raketno gorivo



FSW se lahko tudi uporablja za:– Ohišja motorja in zvočnike– hladilna rebra– Ogrevanje, prezračevanje in klimatske naprave– posode za vakuumsko tehniko– Sušilne pladnje - živilska industrija– Bakrene posode za jedrske odpadke





Jedrska industrija - Bakrena posoda z litoželeznim vložkom za jedrsko gorivo varjena s FSW




Obodno varjenjeOrbitalni FSW varjenje jeklenih cevi




(A) mikroskopski posnetek ilustrira različne cone v FSW aluminijeve zlitine. (B) Topljena stran. (C) Pospeševalna stran.


Varilno zrno

Varilno zrno

Varilno zrno



Osnovni material (BM) cona


Širina rame


Osnovni material• Ta cona se nahaja najdlje od zvara, ki ima enako

mikrostrukturo in mehanske lastnosti, kot predpostopkom FSW. Možna so odstopanja temperature, vendar niso dovolj za spremembo mikrostrukture in / ali mehanske lastnosti. Vmesne med mešalne cone in osnovni material so razmeroma razpršene in gladka na nasprotni strani od orodja, medtem ko je precej oster prehod na napredujoči strani.





Toplotno vplivano področje (TVP)


Varilno zrnoŠirina rame


Toplotno vplivano področje (TVP)• proti vara centra, bomo našli toplotno prizadeto

območje. V tem območju na mikrostrukturo in mehanske lastnosti vpliva toplota, ki nastane pri FSW postopku, ni pa plastične deformacije.





Termo-mehansko vplivano področje (TMAZ)


Varilno zrno

Širina rame


Termo-mehansko vplivano področje (TMAZ)• Cona, ki vsebuje mehansko deformacijo

• V tem območju je material plastično deformiran in postopek je primerljiv z vročo obdelavo kovinskega materiala

• Pogosto je opredeljeno, da ni rekristalizacije. To velja za aluminij, ki je eden izmed najpogosteje uporabljenih materialov za FSW varjenje, vendar lahko pride do rekristalizacije v tem območju tudi pri drugih materialih.

• Ti materiali so titan in njegove zlitine, avstenitno nerjavno jeklo in baker.

• Obstaja meja med TVP in TMAZ.





Cona rekristalizacije(NZ)


Širina rame


Vmešana cona (SZ) Področje z močnim plastičnim preoblikovanjem in torno segrevanjem med postopkom FSW, vodi do prekristaliziramo drobnozrnate mikrostrukture.

• Izraz mešamo cona se pogosto uporablja izraz ko v mešamo s trenjem, v katerem se obdelujejo velike količine materiala.

• Srednja zrna vsebujejo fina, enakoosna zrna in prikazuje plasti različnih debelin, na primer »čebulo« (znan tudi kot „del metalurškega pasu").

• To makroskopsko opazno ponavlja vzorec na prečni in stranskega dela vara je edinstvena značilnost, ki se pojavljajo v FSW in povezanih procesov.

• Kot rezultat, fina zrna mikrostrukturo ponuja odlične mehanske lastnosti, lastnosti utrujenost, okrepljeno sposobnost oblikovanja in izjemno super plastičnost.





Polnjen izhod izstopne luknje Tandemski FSW in izstopni luknji


izhodna luknja



Razvit na osnovi FSW

Torno varjenje s stiskanjem (ger. Reibquetschschweißen) FSW s prepletenostjo




Toplotna metode upravljanja, ki se lahko uporabljajo v FSW. Puščice kažejo prenos toplote.


Toplota v stroj

Toplota preko zgornjega varjenca

Izvor

Toplota preko spodnjeegavarjenca

Toplota v hladilno tekočino, okolje in zrak

Varjenec

Podložna plošča


1. FSW Osnove1.2 - varilna oprema


1.2 - varilna oprema

Osnovne komponente sistema vključujejo:• vreteno,• motorje,• Mehanizem za motorni pogon,• FSW orodje.






Primer konfiguracije sistema FSW

motorOs –jermen

Glava

Vertikalni motor

dinamometer

PodlogaIn vpenjalo

Spodnji motor

Vertikalni motor

Vzdolžni potenciometer


Dodatne funkcije, ki jih lahko vključene v stroju, vključujejo:• CNC krmiljenje,• spremljanje proizvodnje,• spremljanje temperature,• sledenje,• Plinska zaščita,• Stroj za fiksiranje,• Data Acquisition System, • Kontrola višine.




Navadna strojna orodja− nizki začetni stroški

− fleksibilnost je mogoče izboljšati z uvedbo dodatnih motorjev (dodatna DOF)

− togost stroja - je treba okrepiti

− Potrebne so kontrole sile, da se prepreči poškodbe opreme, zagotovitev varnosti ljudi in za doseganje dobre kakovosti zvarov

Prilagojeno rezkalni stroj za FSW




Robotski FSW stroji− visoka ponovljivost in prilagodljivost

− relativno nizko ceno

− 3D poti varjenje

− avtomatizacija procesov

− nizka natančnost, ki se poslabša, ko so izpostavljeni visokim obremenitvam

− relativno nizka togost in zmerne zmogljivosti obremenitev

Zglobni roboti




Robotski FSW stroji− podpira večje obremenitve

− občutno večjo togost od zgibne roke robota

− 3D poti varjenje

− avtomatizacija procesov

− njihova cena lahko precej višja, in njihov obseg je znatno manj kotrobota

Paralelni-kinematični robot




Namenske FSW stroji− Možnost visoke obremenitve, togost,

natančnost in razpoložljivost

− možne različne konfiguracije tako predstavljajo raven prožnosti

− namenske FSW stroji so najbolj zanesljive in strukturno toge stroji (varjenje visoke temperature materialov)

− precej drago in njihovi stroški povečanje s povečanjem prožnosti

Namenski FSW stroj






rezkalni stroj FSW stroj vzporedno robot zglobni robotprilagodljivost nizka Nizko / Srednje visoka visokaStroški srednje visoka visoka nizkatogost visoka visoka visoka nizkaobseg dela srednje srednje nizka visokačas Setup nizka visoka srednje srednjeŠteviloprogramskihmožnosti

nizka srednje visoka visoka

Sposobnost zaizdelavo zahtevnihzvarov

nizka srednje visoka visoka

Tip Control Predlog Predlog / sila Predlog Predlog




Primer geometrije orodja

Pin orodja

Rama orodja




Različne vrste geometrij orodja




Različne funkcije rame (zgoraj) in primer izbočene in se pomične rame (od spodaj)




Možni vpenjalne naprave vključujejo:• Vpenjalne kremplje,• Hidravlične in pnevmatske sisteme,• Vakuumska vpenjalne sisteme.



Vpenjalni sistem


PodlogaIn vpenjalo

sistemvpenjala

Varilno orodje

Aluminijeva plošča

Vodilo roba

Vodilo roba



Sistem Vakuumskega Vpenjala



Hlajenje okrepljeno FSW− voda

− tekočina CO2

− Tekoči dušik

− Jekla, titan, nerjavečega jekla in višjetemperaturnih zlitin varimo z prisilno ohlajenimi orodji

ogrevanje− Električnoa pomoč FSW

− Laserska pomoč FSW

− Obločna pomoč FSW

− Ultrazvočna energija pomaga FSW

− Segrevanje lahko zmanjša obrabo orodja in poveča hitrost pomika orodja






Ključne komponente na FSW stroju, vključujejo:• varilne glave in njegov motor,• vodila in njenih sestavnih delov,• hidravlične enote.• Načrti za vzdrževanje, preglede in popolna

dokumentacija mora zagotoviti, dolgoročnodelovanje brez težav


1. FSW Osnove1.3 - varilni postopek


1.3 - varilni postopek

Oblikovne posledice FSW:• mehanske omejitve• omejitve pritrdilnih orodij• Omejitve Skupnega oblikovanja• keyhole omejitve• Omejitve debeline obdelovanca in osnovnega

materiala• Materialne omejitve






Možne skupne konfiguracije: sočelno (a), (B) in (c) sočelno večplastno (D). T spoj (f) T kotni (g) kotni (h)



Polnjenje ključavnice (key-hole)


FSW s polnjenjem - FFSW

FSW s polnjenjem - FFSWFSW brez polnjenja

ključavnica ključavnicaključavnica FSW spoj

FSW FSW s polnjenjem - FFSW



Polnjenje FSW Postopka




Obraba orodja (številka na sliki ustreza izgubi debeline pina)



1. FSW Osnove1.4 - Osnovni materiali


1.4 - Osnovni materiali

• FSW se lahko uporabljajo v spajanju materialov, kot so aluminij, baker, magnezij, jeklo, termoplastov in titana.

• Prav tako je možno opraviti varjenje neenakih materialov. • Varjenje snovi z visokim tališčem, je bolj težko, saj je materiali

orodja delajo v težkih pogojih delovanja.



1.4 - Matična materiali

• Togost in ravnanje sile so glavni dejavniki za FSW stroja, ki omejuje debelino obdelovanca. Debelina materiala mora biti v območju od 0,8 mm do 65 mm.


Alu Debelina, mm Material orodjaaluminijeve zlitine <12 Orodno jeklo, WC-Co

<26 MP159magnezijeve zlitine <6 Orodno jeklo, WCBaker in zlitine <50 Nikljeve zlitine, PCBN,

volframove zlitine<11 orodnega jekla

titanove zlitine <6 volframove zlitineNerjaveče jeklo <6 PCBN, volframove zlitineNizko-legiranih jekel <10 WC, PCBNnikljeve zlitine <6 PCBN





neenake kovine


• FSW se lahko uporabljajo v spajanje materialov, kot so aluminij, baker, magnezij, jeklo, termoplastov in titana.

• Prav tako je možno opraviti neenake materialno varjenje. • Varjenje točkovnih snovi z visokim tališčem, je bolj težko, saj

je varilni material orodja delajo v težkih pogojih delovanja.



1.4 - Osnovni materialiToplotno obdelovalen zlitine imajo naslednje lastnosti:• Trdota pro fi le odvisna predvsem od razpada in / ali brutalnosti krepitve

izločki.• Doseženi temperature med varjenjem vodi k razpadu in rasti izločkov, ki

nadalje znižanje trdote v območju zvara.• Zmanjšanje trdoto v območju zvara je običajna v FSW na arti fi bej starih

aluminija 6xxx serije.• Temperatura dosežena med FSW ima velik vpliv na prekomerno staranje

in k zmanjšanju gostote dislokacij, posledično znižanje lokalno trdoto. -Minimalna trdote so na voljo v TMAZ - izguba podolgovatih oblikovanih zrn, ki se pojavljajo, staranje in žarjenja.

• Spodnje strani kažejo na gladko spremembo mikrostrukturo kot napreduje strani

• 2XXX aluminijevih zlitin naravno starosti pri sobni temperaturi, ki vodi k povečanju trdnosti in ustreznega izboljšanja mehanskih lastnosti (najvišja učinek nastopi v prvem staranja teden).




Toplotno občutljive zlitine imajo naslednje lastnosti:• Zmehčana zvarna cona ni konstantna pri teh zlitinah.

• Toplotno vplivana cona:

• Zmanjšanje tako trdnosti in duktilnosti osnovnega materiala.

• Različna območja imajo različne deformacije zaradi razlike v velikosti zrnin porazdelitve le teh.




Bakrove zlitine:• Pokaže večjo razpršitev toplote skozi obdelovanec, zaradi svoje višje

termične difuzivnosti zato zahtevajo višjo toploto vnešeno med varjenjem - primerne temperature za uspešno FSW so definirane 460 in 530 ° C.

• TVC predstavlja fina prekristalizirana zrna, TMAZ deformirana velika zrna in za TVC je značilna enakoosnost zrn večjih od tistih iz osnovnega materiala (BM).

• Baker FSW skupno natezna trdnost je nekoliko nižja od osnovnega materiala.




magnezijeve zlitine:• Pojav tekočih faz in ustvarjanja kompleksnih mikrostrukture v zvaru jo

temperaturnimi konicami povzroča v območju od 370 ° C do 500 ° C.

• Na splošno velja, FSW magnezijevih zlitin spoji predstavi večjo trdoto kot so pri BM zaradi ponovne drobnozrnate strukture.

• Nižja temperatura Zrno dosežena med varjenjem teži za prikaz najboljše mehanske lastnosti.

• FSW cast magnezijeve zlitine spoji kažejo izboljšanje v primerjavi z osnovno kovino, toda v kovanega magnezijeve zlitine se poroča zmanjšanje teh lastnosti.

• Neuspeh spoja se nahaja predvsem v navadnih kovin.




Jeklo:• Visoka temperatura med varjenjem (> 1000 ° C) - splošno trdota v

osrednjem območju, je veliko večja kot pri osnovnem materialu.

• FSW jeklene spoje predstavili večji donos in UTS v primerjavi z osnovno kovino.




Titanove zlitine:• faza transformacije alotropnih skupaj z deformacijo in neprekinjeno

hlajenje, daje kompleksno zvara mikrostrukturo.

• Zelo ozka TMAZ od približno 30 um ali odsotnosti TMAZ - je prisotnost HAZ in samo mešamo cona.

• Dobitek in UTS kažejo skoraj 100% skupnega.



ReferenceZdrs:

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Friction_stir_processing

[4] http://www.uqac.ca/ceeuqac/index/csfm_english

[5] https://www.youtube.com/watch?v=ZpGfjg6BI5o

[12] http://assets.esab.com/asset-bank/assetfile/12296.pdf

[12] Cam, G., in Mistikoglu, S. (2014). Nedavni dogodki v trenja premešamo varjenje Al-zlitin.Journal of Materials Engineering in uspešnosti, 23(6), 1936-1953.

[14] https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2008/ip_4.html

[14] https://phys.org/news/2014-06-lighter-cars-robotic-welding-method.html

[15] https://www.assemblymag.com/articles/93337-friction-stir-spot-welding

[15] http://www.ftech.co.jp/en/development/




[20] https://www.productionfrictionstirwelding.com/architecture-and-construction-products



ReferenceZdrs:

[22] http://www.gatwicktechnologies.com/applications/body-panels



[27] Rajiv S. Mishra, Murray W. Mahoney, Friction Stir Varjenje in predelavo, ASM International, 2007

[28] [30] [32] [34] Dawood, Hasan & Mohamed, Kahtan & Rahmat, Azmi & Basheer, Udaj. (2015). Mikrostrukturne karakterizacije in mehanske lastnosti v Friction Primešamo tehnike varjenja neenakih (Al-Cu) stanja. Journal of Applied ZNANOSTI IN KMETIJSTVO. 10. 149-158.

[37] Behmand, SA, Mirsalehi, SE, Omidvar, H., & Safarkhanian, MA (2015). Polnilne izstopne luknje trenja mešamo varilne preklopnih spojev uporabljajo potrošne pin orodja. Znanost in tehnologijo varjenja in spajanja, 20 (4), 330-336.

[37] https://www.researchgate.net/figure/Tandem-twin-stirTM-lead-and-follow-exit-holes_fig4_228600743

[43] Rajiv S. Mishra (avtor), harfo rit Sidhar, Trenje Mešamo Varjenje 2XXX aluminij Zlitine, vključno z Al-Li zlitin, Butterworth-Heinemann, 2016

[38] Longhurst, WR, Strauss, AM, Cook, GE, & Fleming, PA (2010). Nastavitev momenta trenja mešamo varjenje za proizvodnjo in avtomatizacijo.Mednarodna list napredne proizvodne tehnologije, 51(9-12), 905-913.

[47] http://www.bil-ibs.be/en/friction-stir-welding



ReferenceZdrs:

[50] https://www.asiamachinery.net/supplier/product_details.asp?ProID=13282&SupID=7312

[51] Mendes, N., Neto, P., Loureiro, A., & Moreira, AP (2016). Stroji in kontrolni sistemi za trenja mešamo varjenje: pregled. Materiali & Design, 90, 256-265.

[52] http://www.directindustry.com/prod/esab/product-18224-981963.html

[53] [40] Mendes, N., Neto, P., Loureiro, A., & Moreira, AP (2016). Stroji in kontrolni sistemi za trenja mešamo varjenje: pregled. Materiali & Design, 90, 256-265.

[54] Marie Asli Sicilan in S. Senthil Kumar "Analiza kopenski kakovosti zvari Trenje mešamo uporabljajo za obdelavo slik tehnike "Mednarodno konferenco o novih trendih v Engineering & Technology, Travancore Engineering College, Kollam, KerelaIndija. 03/2014

[55] http://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2011/tools.html

[56] Pasha, A., Reddy, R., LaxminarayanaP., & Kan IA (2014). VPLIV PROCESNIH IN TOOL PARAMETROV NA trenja mešamo VARJENJE, kot pogled.Int J aplikacije Eng Technol, 4(3), 54-69.

[58] Pastor, A., & Svoboda, HG (2013). Časovno razvoj toplote prizadetega območja (TVP) trenja mešamo zvarov AA7075-T651.



Reference Zdrs:

[59] https://www.aerospace-technology.com/contractors/sub_contract/horst/attachment/horst3/

[65] Han, B., Huang Y. lvS., WAN, L., Feng, J. & Fu, G. (2013). AA7075 bit za popravilo AA2219 skozi luknjo tako, da izpolnite trenja premešamo varjenje.Materiali in oblikovanje, 51, 25-33.

[65] https://uwaterloo.ca/centre-advanced-materials-joining/laboratory-facilities-and-equipment/production-equipment/friction-stir-welding-equipment

[66] https://www.assemblymag.com/articles/93337-friction-stir-spot-welding

[67] Wang, D., Xiao, BL, Ni, DR, & Ma, ZY (2014). Trenje mešamo varjenje diskontinuirano ojačane aluminijaste kompozitov: pregled.acta METALLURGICA sinica (English Letters), 27(5), 816-824.

[70] Rajiv S. Mishra, Murray W. Mahoney, Friction Stir Varjenje in predelavo, ASM International, 2007

[71] https://www.kikukawa.com/en/technology/friction-stir-welding/



CU1 - FSW Osnove FSW Specialist in inženir

Documents

Transcript of CU1 - FSW Osnove FSW Specialist in inženir