Published September 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Tool wear mechanisms and effects on refill friction stir spot welding of AA2198-T8 sheets

Creators

  • 1. Helmholtz-Zentrum Hereon
  • 2. Universidade do Estado de Santa Catarina
  • 3. Universidade Federal de São Carlos
  • 4. Leuphana University of Lüneburg

Description

Refill Friction Stir Spot Welding (refill FSSW) is a method for joining similar and dissimilar lightweight metallic materials or thermoplastic polymers. The technique produces welds that feature suitable mechanical properties with advantages such as the possibility of industrial scalability and automation. Still, some challenges need to be overcome in order to increase the adoption of this technique in industry. Tool wear is a key issue for friction-based processes, since it impacts the process costs and quality of the welds. In this study, a total of 2350 welds of AA2198-T8 sheets were performed and the effect of wear on probe and shoulder was investigated. While the probe did not suffer any considerable wear after this number of welds, the shoulder underwent wear in different areas, with distinct wear mechanisms. Adhesive wear and plastic deformation were determined as the primary damage mechanisms affecting different areas of the shoulder. Mechanical testing of selected welds has shown a trend towards reduction in the lap shear strength (LSS) as a function of tool wear. Macrostructural analysis of welds' geometrical features shows that profile changes at the shoulder due to wear led to a trend of reduction in stirred zone area and, consequently, joints' LSS. Modifications in the worn shoulder profile were suggested as possible causes for changes in hook height, which was identified as a further determining factor to the observed reduction in LSS. Still, all tested welds surpassed the minimum lap shear strength standard requirements for aeronautical applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

إعادة تعبئة لحام بقعة الاحتكاك (إعادة تعبئة FSSW) هي طريقة لربط المواد المعدنية خفيفة الوزن المتشابهة وغير المتشابهة أو البوليمرات اللدائنية الحرارية. تنتج التقنية اللحامات التي تتميز بخصائص ميكانيكية مناسبة مع مزايا مثل إمكانية التوسع الصناعي والأتمتة. ومع ذلك، يجب التغلب على بعض التحديات من أجل زيادة اعتماد هذه التقنية في الصناعة. يعد تآكل الأدوات مشكلة رئيسية للعمليات القائمة على الاحتكاك، لأنه يؤثر على تكاليف العملية وجودة اللحامات. في هذه الدراسة، تم إجراء ما مجموعه 2350 لحامًا من صفائح AA2198 - T8 وتم التحقيق في تأثير التآكل على المجس والكتف. في حين أن المجس لم يعاني من أي تآكل كبير بعد هذا العدد من اللحامات، فقد خضع الكتف للتآكل في مناطق مختلفة، مع آليات تآكل متميزة. تم تحديد التآكل اللاصق وتشوه البلاستيك كآليات التلف الأولية التي تؤثر على مناطق مختلفة من الكتف. أظهر الاختبار الميكانيكي للحامات المختارة اتجاهًا نحو تقليل قوة القص في اللفة (LSS) كدالة على تآكل الأداة. يُظهر التحليل الهيكلي الكبير للسمات الهندسية للحامات أن التغيرات الجانبية في الكتف بسبب التآكل أدت إلى اتجاه انخفاض في منطقة المنطقة المقلوبة، وبالتالي، LSS للمفاصل. تم اقتراح تعديلات في شكل الكتف البالي كأسباب محتملة للتغيرات في ارتفاع الخطاف، والتي تم تحديدها كعامل محدد آخر للانخفاض الملحوظ في LSS. ومع ذلك، تجاوزت جميع اللحامات التي تم اختبارها الحد الأدنى من المتطلبات القياسية لقوة القص في تطبيقات الطيران.

Translated Description (French)

Refill Friction Stir Spot Welding (refill FSSW) est une méthode d'assemblage de matériaux métalliques légers ou de polymères thermoplastiques similaires et dissemblables. La technique produit des soudures qui présentent des propriétés mécaniques appropriées avec des avantages tels que la possibilité d'évolutivité industrielle et d'automatisation. Néanmoins, certains défis doivent être surmontés afin d'accroître l'adoption de cette technique dans l'industrie. L'usure des outils est un problème clé pour les processus basés sur la friction, car elle a un impact sur les coûts du processus et la qualité des soudures. Dans cette étude, un total de 2350 soudures de tôles AA2198-T8 ont été réalisées et l'effet de l'usure sur la sonde et l'épaule a été étudié. Bien que la sonde n'ait pas subi d'usure considérable après ce nombre de soudures, l'épaulement a subi une usure dans différentes zones, avec des mécanismes d'usure distincts. L'usure adhésive et la déformation plastique ont été déterminées comme les principaux mécanismes d'endommagement affectant différentes zones de l'épaule. Les essais mécaniques des soudures sélectionnées ont montré une tendance à la réduction de la résistance au cisaillement par recouvrement (LSS) en fonction de l'usure de l'outil. L'analyse macrostructurelle des caractéristiques géométriques des soudures montre que les changements de profil au niveau de l'épaule dus à l'usure ont conduit à une tendance à la réduction de la zone agitée et, par conséquent, du LSS des joints. Des modifications du profil de l'épaule usée ont été suggérées comme causes possibles de changements de hauteur du crochet, ce qui a été identifié comme un autre facteur déterminant de la réduction observée du LSS. Pourtant, toutes les soudures testées ont dépassé les exigences minimales de résistance au cisaillement par recouvrement pour les applications aéronautiques.

Translated Description (Spanish)

La soldadura por puntos de agitación por fricción de recarga (FSSW de recarga) es un método para unir materiales metálicos ligeros o polímeros termoplásticos similares y diferentes. La técnica produce soldaduras que presentan propiedades mecánicas adecuadas con ventajas como la posibilidad de escalabilidad industrial y automatización. Aún así, es necesario superar algunos desafíos para aumentar la adopción de esta técnica en la industria. El desgaste de las herramientas es un problema clave para los procesos basados en la fricción, ya que afecta a los costes del proceso y a la calidad de las soldaduras. En este estudio, se realizaron un total de 2350 soldaduras de láminas AA2198-T8 y se investigó el efecto del desgaste en la sonda y el hombro. Si bien la sonda no sufrió ningún desgaste considerable después de este número de soldaduras, el hombro sufrió desgaste en diferentes áreas, con distintos mecanismos de desgaste. El desgaste adhesivo y la deformación plástica se determinaron como los principales mecanismos de daño que afectan a diferentes áreas del hombro. Las pruebas mecánicas de las soldaduras seleccionadas han mostrado una tendencia hacia la reducción de la resistencia al cizallamiento del solape (LSS) en función del desgaste de la herramienta. El análisis macroestructural de las características geométricas de las soldaduras muestra que los cambios de perfil en el hombro debido al desgaste condujeron a una tendencia de reducción en el área de la zona agitada y, en consecuencia, en el LSS de las juntas. Se sugirieron modificaciones en el perfil del hombro desgastado como posibles causas de cambios en la altura del gancho, que se identificó como un factor determinante adicional para la reducción observada en el LSS. Aún así, todas las soldaduras probadas superaron los requisitos mínimos de resistencia al corte de solapamiento para aplicaciones aeronáuticas.

Files

repo_30671642_oa_by.pdf.pdf

Files (2.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:25a91199405f4e6b2dfe77d739898770
2.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
آليات تآكل الأدوات والتأثيرات على إعادة تعبئة اللحام بقعة التحريك لألواح AA2198 - T8
Translated title (French)
Mécanismes d'usure de l'outil et effets sur le soudage par points par friction-malaxage de recharge des feuilles AA2198-T8
Translated title (Spanish)
Mecanismos de desgaste de la herramienta y efectos sobre la soldadura por puntos de fricción y agitación de recarga de las láminas AA2198-T8

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4286252841
DOI
10.1016/j.jmrt.2022.07.092

Is supplement to
https://openalex.org/W4310136649 (Other)
https://openalex.org/W2899733695 (Other)
https://openalex.org/W2765177190 (Other)
https://openalex.org/W2741990845 (Other)
https://openalex.org/W2392393597 (Other)
https://openalex.org/W2374981623 (Other)
https://openalex.org/W2373904001 (Other)
https://openalex.org/W2332410696 (Other)
https://openalex.org/W2013180590 (Other)
https://openalex.org/W1893706666 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1972767237
  • https://openalex.org/W1976357362
  • https://openalex.org/W1992223385
  • https://openalex.org/W1993557442
  • https://openalex.org/W2014692205
  • https://openalex.org/W2025969391
  • https://openalex.org/W2034717184
  • https://openalex.org/W2071441468
  • https://openalex.org/W2086782531
  • https://openalex.org/W2093526292
  • https://openalex.org/W2099540110
  • https://openalex.org/W2186315415
  • https://openalex.org/W2610195934
  • https://openalex.org/W2764289901
  • https://openalex.org/W2800298866
  • https://openalex.org/W2899297012
  • https://openalex.org/W3095010664
  • https://openalex.org/W3178952829
  • https://openalex.org/W3205346286
  • https://openalex.org/W3215597806
  • https://openalex.org/W828071675