Wrijvingspuntlassen van hoogsterkte aluminium EN AW-7075 T6 legeringen voor toepassingen in de transport sector

Vergelijkbare documenten
Informatie omtrent het weerstandlassen met procestape

Elektromagnetisch puls lassen van koper-staal buis verbindingen voor toepassingen in de electronica &HVAC sector

Lasproces Friex voor automatisch lassen van pijpleidingen

Fred Neessen. Het lassen van ongelijksoortige verbindingen Kan dat allemaal wel?

Duurzaam herstellen en produceren van hoogwaardige producten met lasertechnologie

TOPTIG. Principe. elektrode. Figuur 1 : Schematische voorstelling TOPTIG. p. 1/5 [1], [2]

Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)

Matthias Van Wonterghem, Pieter Vanhulsel Aluminium en hoge snelheid, een mooie toekomst?

Het CMT-proces (Cold Metal Transfer)

Verdere ontwikkelingen in het onderzoek naar het nieuwe wrijvingslasprocédé voor het automatisch lassen van pijpleidingen

Vandaag lassen met technologie van morgen. Arc. Q-Spot Q-START MULTITACK DYNAMIC ARC. Rowig 220 T

Metaalkunde in de. Lastechniek. H.Schrijen 1. Lasgroep Zuid Limburg. Mechanische Eigenschappen. Trekproef. Metaalkunde en Lastechniek

Plasticiteit. B. Verlinden Inleiding tot de materiaalkunde. Structuur van de lessen 1-4

State of the art: Joining of Aluminium

AIR LIQUIDE Welding Plasma lassen

HERSTELLEN EN VERBETEREN VAN ONDERDELEN D.M.V. LASERCLADDEN.» J. Lambrecht» Laser Cladding Venture

Keuze van toevoegmateriaal voor het lassen van Aluminium en Al-legeringen

a s s o r t i m e n t l o g i s t i e k

Krimpvervorming - Verschijningsvormen en oorzaken

LASERLASSEN IN DE PRAKTIJK

Eddy Brinkman. Materiaalkunde in een notendop. Materials Veldhoven - 31 mei 2017

Uddeholm UNIMAX. Het UNIverseel gereedschapsstaal met een MAXimale standtijd

NATIONALE MAATSCHAPPIJ DER BELGISCHE SPOORWEGEN TECHNISCHE BEPALING

lasbaarheid betonstaal kruislasverbinding

UDDEHOLM ROYALLOY TM

Geometrische afwijkingen - deel 1

Rendementsbepaling b i j TIG-lassen onder Verhoogde Druk. (tabellen en figuren) P.A. van Ingen

Samenvatting. Samenvatting

BRONS BRONS

BETONSTAAL GERIBDE en GEDEUKTE STAVEN GERIBDE en GEDEUKTE DRAAD met hoge ductiliteit

STICHTING NEDERLANDS INSTITUUT VOOR LASTECHNIEK STICHTING COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETON VERENIOI NO

Corus Strip Products IJmuiden. Ympress Laser E250C. Ontwikkeld voor lasersnijden. Laser

jaar: 1989 nummer: 10

DeltaSpot Weerstandlassen

Vermoeiingsbeproeving


Mechanische beproeving

STAAL SERVICE VLAANDEREN STERK IN METAAL EN SERVICE NON-FERRO & SPECIAAL-STAAL

De kwaliteit van plasmasnijden verbeteren

Materiaalkeuze. t Is niet zo gemakkelijk

Voorraadartikelen die U voor uur bestelt, worden de volgende dag geleverd.

Vuistregels voor energie-efficiënte robotprogrammatie

INFOFICHES RVS [DEEL 4-2]

Oefeningen materiaalleer

Cor-Ten staalplaten Productoverzicht. ThyssenKrupp Christon

Maximale productiviteit

Laslegeringen voor kwalitatieve onderhoudswerke

Kemppi s Reduced Gap Technology (RGT) tart conventionele lasverbindingsprincipe

Non-ferrometalen. constructiematerialen. ferrometalen

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation

Geen stress met Ruukki Laser

Zicht op lasboogsystemen dankzij lichtboogprojector.

Snijprocessen - Plasma snijden (Het proces en de apparatuur)

Compleet in Duplex TECHNISCHE INFORMATIE ASSORTIMENT LOGISTIEK

Samenvatting. Injectie van SiC deeltjes in Al

j a c h t- e n s c h e e p s b o u w

WINDENERGIE : STROMINGSLEER

Bijeenkomst bij IHC / Kinderdijk 6 september 2009

Productie Binnen onze productiefaciliteiten kunnen hardmetaal vormdelen engereedschappen met onderstaande maximale afmetingen worden vervaardigd ;

ARCAL GASWIJZER. Welk materiaal wenst u te lassen? Laaggelegeerde staalsoorten. Roestvaststaal. Aluminium legeringen

Productie Binnen onze productiefaciliteiten kunnen hardmetaal vormdelen engereedschappen met onderstaande maximale afmetingen worden vervaardigd ;

Autogeen snijden. Het proces en de gassen

WiseFusion OPVALLEND SNEL MIG-LASSEN

Wijzigingen en drukfouten voorbehouden.

Sanifun TUBIPEX ALU BUIZEN. Samenstelling van de Tubipex alu buis

TUBIPEX ALU BUIZEN. Samenstelling van de Tubipex alu buis

Recente ontwikkelingen in productie van hardmetaal tonen enerzijds het verder verbeteren van mechanische eigenschappen qua hardheid en taaiheid,

R&D. Metallurgische (las)eigenschappen van slijtvaste witte gietijzers. Annemiek van Kalken Ludwik Kowalski

Lichtmasten van metaal. aluminium of staal? Johan Maljaars en Ed Reddering

Kwaliteits- en productiviteitsverhoging door aanwending van innovatieve booglasvarianten. Lasproeven op dunne plaat

Geometrische afwijkingen - deel 2

Vermoeiing. Vermoeiing. Vermoeiing. Vermoeiing. Typische kenmerken van een vermoeiingsbreuk

Studco International BV Dommelstraat 6c. Nederland Producten isolatiebedrijven

8 Aanvulling Hoofdstuk 8 Metalen

Vraag 1. F G = N F M = 1000 N k 1 = 100 kn/m k 2 = 77 kn/m

Alcoa gesmede aluminium wielen. Feiten en cijfers

Solid Mechanics (4MB00) Toets 2 versie 1

DATASHEET KERAMISCHE GLIJLAGERS NEDERLANDS

WiseRoot ZEER EFFICIËNT LASSEN VAN GRONDLAGEN

Onder poeder lassen. Laskennis opgefrist (nr. 15) Proces beschrijving. Lasparameters

Layout klaarderij Belastingsgeval Materiaalkeuze Lokale corrosie

Profielwerkstuk Natuurkunde Weerstand en temperatuur

Toepassingsnormen, praktijkrichtlijnen en kwaliteitsniveaus

Hoe beheersen we de kwaliteit van de 3D-geprinte producten

Hoogtemperatuur vacuümsolderen van Titaan en Titaanlegeringen

Ontwikkelingen. Lastechnieken en voorschriften. Leo Vermeulen (iwe) Lastechnische consultant. Nederlands Instituut voor Lastechniek

PRODUCTEN VLAMBOOG. Studco International BV Dommelstraat 6c 5347 JL Oss Nederland

De slijtage en de slijtagesnelheid van koppelingsmaterialen is onderzocht op volle schaal (SAE#II proefstand) en op kleine schaal (pin op schijf proef

Metalcoating - metal without the machining

Nieuwe EN ISO

Maxx gassen. Optimale productiviteit, minder afkeur en een gezondere werkomgeving

Lasprocessen - inleiding IWS

jaar: 1990 nummer: 06

BESPARING IN BESCHERMGAS BIJ HET GASBOOGLASSEN. Theo Luijendijk, Luijendijk Advisering Jurriaan van Slingerland, TU Delft

Computationele studie van vaste stoffen. oefeningen practica verslag. Student: Niels Verellen

Defecten en onvolkomenheden in lasverbindingen: slakinsluitingen

Chroom-Molybdeen staalsoorten

Woensdag 30 augustus, uur

PLAAT - STAAL 1 JANUARI HOLLANDSTEEL B.V. De Veken 28, 1716KE Opmeer. Staat uw materiaal niet in de lijst? Neem gerust contact met ons op.

Transcriptie:

Wrijvingspuntlassen van hoogsterkte aluminium EN AW-7075 T6 legeringen voor toepassingen in de transport sector Door Irene Kwee en Koen Faes, Belgisch Instituut voor Lastechniek Recent is er een innovatieve puntlastechniek op de markt verschenen, nl. het wrijvingspuntlassen, waarbij de verbinding tot stand gebracht wordt via wrijvingswarmte en mechanische vervorming. Deze lastechniek is uitermate geschikt voor het lassen van aluminium, en biedt een oplossing voor de moeilijkheden waarmee het weerstandpuntlassen van deze materialen kampt, zoals de elektrodeslijtage en standtijd. Dit proces heeft ook een opmerkelijk grotere inzetbaarheid, zoals bijvoorbeeld het lassen van geavanceerde hogere-sterkte aluminium legeringen, die niet lasbaar zijn met de conventionele lastechnieken. Verder is het ook mogelijk om ongelijksoortige materialen zoals bv. aluminium-staal, gecoate aluminium legeringen of materialen met ongelijke dikte kwalitatief te verbinden. Deze nieuwe mogelijkheden, namelijk van het combineren van lichtgewicht materialen met klassieke stalen, zullen toelaten om producten te realiseren met een lichter gewicht, een betere performantie, of een verhoogde integratie van functionaliteiten, en dus een hogere toegevoegde waarde. Dit artikel geeft een uiteenzetting van het experimenteel onderzoek omtrent het wrijvingspuntlassen van aluminium EN AW-7075 T6 legeringen, dat omwille van zijn hoge sterkte-dichtheid verhouding gebruikt wordt in diverse toepassingen in de transport sector. 1. Tendens naar hoogsterkte, lichtgewicht materialen Hoogsterkte, lichtgewicht materialen, zoals aluminium legeringen, zijn alsmaar meer in opmars in de industrie, in het bijzonder in de automobiel- en luchtvaartsector. Tijdens de laatste vier decennia, is de hoeveelheid aluminium aanwezig in auto s gestegen met een factor 5, en worden vliegtuigen vervaardigd uit 75-80% aluminium. De transportsector neemt dus met zijn 27% een groot aandeel van de aluminium consumptie voor zijn rekening [1]. Gezien het feit dat er steeds vaker gebruik gemaakt wordt van aluminium plaatwerk in diverse takken van de industrie ter vervanging van staalplaat, is het wenselijk dat er gebruik kan gemaakt worden van bestaande verbindingstechnieken, waaronder puntlassen. Puntlassen is de voornaamste verbindingstechniek die wordt toegepast in diverse sectoren, omdat het goedkoop en snel is en omdat het ongevoelig is voor variaties in de maatnauwkeurigheid van de te lassen onderdelen, waardoor het bij uitstek geschikt is voor automatisering. 2. Weerstandpuntlassen van aluminium legeringen In tegenstelling tot het puntlassen van staal, gaat het verbinden van aluminium met dit lasproces gepaard met een aantal ernstige moeilijkheden als gevolg van de snellere Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 1

achteruitgang van de puntlaselektrodes. Aluminium is een uitstekend warmtegeleider zodat bij het weerstandslassen de Ohmse weerstandverwarming in de te lassen platen gering is. De opgewekte warmte wordt ook door het grote warmtegeleidingsvermogen snel afgevoerd. Het gevolg is dat in vergelijking met koolstofstaal de benodigde effectieve lasstroom een factor drie hoger is. Dit betekent dat een aanzienlijk krachtigere stroombron moet voorzien worden voor het lassen van aluminiumlegeringen. De aanzienlijk hogere stroomsterkte is nadelig voor de slijtage van de laselektrode. Daarnaast kunnen aluminium en koper zeer gemakkelijk in elkaar oplossen of aanlegeren. De hoge temperatuur die tijdens het lassen in het plaat- en elektrodeoppervlak heerst, bevordert dit aanlegeren. Aanlegeren van de elektroden is bij het puntlassen van aluminiumlegeringen niet te voorkomen. Bovendien hebben aluminiumlegeringen een oxidehuid, die als elektrische isolator werkt, wat zorgt voor een extra warmte-ontwikkeling tussen elektrode en werkstuk. Als gevolg van de opname van aluminium daalt de smelttemperatuur van de koperen elektrode en bij de volgende las zal de opname van aluminium groter zijn. Om de kwaliteit van de puntlasverbinding te garanderen moeten de elektroden regelmatig geborsteld worden voor het verwijderen van het aanhangend aluminium. Het regelmatig reinigen van de elektroden werkt vertragend, waardoor de productiekosten toenemen. De combinatie van de hoge lasstroom met de neiging tot legeren resulteert meestal in een bijzonder korte elektrodelevensduur [2]. 3. Nieuwe techniek: wrijvingspuntlassen Om tegemoet te komen aan deze nadelen van het weerstandlassen van aluminium, werd een nieuwe variant van het puntlassen ontwikkeld, namelijk het wrijvingspuntlassen. Dit is een zogenaamd solid-state lasproces (m.a.w. het materiaal blijft in de vaste toestand), geschikt voor het lassen van laagsmeltende legeringen, zoals aluminium en magnesiumlegeringen. Het proces gebruikt een speciale tool voor het tot stand brengen van een plaatverbinding in de overlap-configuratie (zie Figuur 1). Het resultaat is een puntlasverbinding, die tot stand gebracht wordt via wrijvingswarmte en mechanische vervorming. Voordelen van het wrijvingspuntlassen zijn: puntlasverbinding zonder materiaalverlies of eindkrater, korte lastijd (enkele sec, afhankelijk van de geselecteerde parameters), ecologisch: geen gebruik toevoegmaterialen of beschermgassen en geen uitstoot van lasrook, IR- of UV- of elektromagnetische straling tijdens de lascyclus. Het proces wordt in vier stadia uitgevoerd met behulp van een tool, bestaande uit 3 delen : de pin, de mantel en de klemmingsring. Deze laatste klemt de twee te lassen platen. De mantel en de pin roteren initieel in dezelfde zin (zie Figuur 1a). De mantel wordt al roterend Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 2

in het materiaal gedrukt, terwijl de pin teruggetrokken wordt (zie Figuur 1b). Dit creëert een holte binnenin de mantel. De mantel brengt het materiaal van de platen in een visceusplastische toestand, ten gevolge van de wrijving van de mantel t.o.v. de plaat. Het plastische materiaal wordt vervolgens in de holte in de mantel gedrukt. Na het bereiken van een vooraf bepaalde indringdiepte van de mantel, wordt deze teruggetrokken en duwt de pin het plastische materiaal in de mantel terug in de laszone, zodat deze volledig gevuld wordt (zie Figuur 1c). Wanneer de pin en de mantel zich terug in hun initiële positie bevinden, wordt de rotatie van de beide stopgezet en wordt de tool in zijn geheel teruggetrokken (zie Figuur 1d). De belangrijkste parameters van het proces zijn de rotatiesnelheid, de indringdiepte, de lastijd en de kracht op de pin en mantel. De lastijd bepaalt vooral de warmte-inbreng, terwijl de indringdiepte en de rotatiesnelheid geassocieerd worden met de materiaalstromen in de laszone. Figuur 1: Werkingsprincipe van het wrijvingspuntlassen [3] Het wrijvingspuntlastoestel aanwezig in het Belgisch Instituut voor Lastechniek is het commercieel beschikbare lastoestel RPS100 van de firma Harms & Wende [4] (zie Figuur 2). De tool heeft een klemmingsring met een buitendiameter van 14,5 mm. De buitendiameter van de mantel en de pin bedragen resp. 9 en 6 mm. Figuur 2: Wrijvingspuntlastoestel aanwezig in het Belgisch Instituut voor Lastechniek [5] Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 3

4. Lasbaarheid van EN AW-7075 T6 legeringen in plaatvorm De lasbaarbaarheid van hoogsterkte aluminium EN AW-7075 T6 platen met een dikte van 1,6 mm werd onderzocht. De chemische samenstelling en mechanische eigenschappen van het aluminium EN AW-7075 in de T6 conditie worden gegeven in resp. Tabel 1 en Tabel 2. Hiertoe werden de wrijvingspuntlasverbindingen metallografisch bestudeerd en vervolgens onderworpen aan afschuifproeven (reeks 1) en koptrekproeven (reeks 2). In beide reeksen werden de lastijd, de indringdiepte en de rotatiesnelheid gevarieerd volgens een statistische onderzoeksplanning. Een overzicht van de lasproeven voor elke reeks wordt weergegeven in Tabel 3. De behaalde waarden voor de afschuif- en koptrekkrachten werden gerelateerd aan de gebruikte lasparameters en de microstructuur van de las. Tabel 1: Typische chemische samenstelling van EN AW-7075 T6 [6] Element Gew. % Element Gew. % Element Gew. % Al 87,1 91,4 Fe Max. 0,5 Si Max. 0,4 Cr 0,18 0,28 Mg 2,1 2,9 Ti Max. 0,2 Cu 1,2 2,0 Mn Max. 0,3 Zn 5,1 6,1 Other Max. 0,15 Tabel 2: Mechanische eigenschappen van EN AW-7075 T6 [6] Vloeigrens [MPa] Treksterkte [MPa] Rekgrens [%] Smeltpunt [ C] 503 572 11 477 635 Tabel 3: Overzicht van de lasparameters voor beide reeksen Reeks 1: wrijvingspuntlasverbindingen voor afschuifproeven Reeks 2: wrijvingspuntlasverbindingen voor koptrekproeven Lastijd (s) 6 8 10 Lastijd (s) 7 8 9 Indringdiepte (mm) 1,6 2,0 2,4 Indringdiepte (mm) 2,0 2,2 2,4 Rotatiesnelheid (tpm) 1000 2000 3000 Rotatiesnelheid (tpm) 1000 2000 3000 4.1. Metallografisch onderzoek Een typische dwarsdoorsnede van een wrijvingspuntlasverbinding wordt getoond in Figuur 3. De zone tussen de 2 gestippelde horizontale lijnen is ongeveer gelijk aan de buitendiameter van de mantel en duidt de laslens aan. De witte pijl verwijst naar het bindingsligament ( bonding ligament length = BLL), dat gedefineerd wordt als de lengte van de binding tussen de twee platen evenwijdig aan het plaatoppervlak. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 4

Figuur 3: Typische dwarsdoorsnede van een wrijvingspuntlasverbinding. Lasparameters: lastijd = 8 s; indringdiepte = 1,6 mm; rotatiesnelheid = 2500 tpm Figuur 4: Detail van de aanwezige microstructurele zones en geometrische defecten. Lasparameters: lastijd = 8 s; indringdiepte = 1,6 mm; rotatiesnelheid = 2500 tpm Een detail opname (oranje kader in Figuur 3) van de verschillende microstructurele zones en geometrische defecten wordt geïllustreerd in Figuur 4. De laslens ( Stirring zone = SZ) bevindt zich in het midden van de las en wordt meestal gekarakteriseerd door een fijne microstructuur, ten gevolge van dynamische rekristallisatie, geïnduceerd door de grote plastische vervoming en de thermische cyclus. Naast de laslens, bevindt zich de thermomechanische beïnvloede zone ( Thermo-mechanically affected zone = TMAZ). Deze bestaat uit een sterk vervormde microstructuur, die ontstaat bij een lagere temperatuur en door een meer beperkte plastische vervorming. Tenslotte wordt de warmte beïnvloede zone ( Heat- Affected Zone = HAZ) gekenmerkt door een niet-vervormde microstructuur. De belangrijkste geometrische defecten zijn een onvolledige vulling van de las, die optreedt wanneer de pin het plastische materiaal terug in de mantel duwt, porositeiten en hooking. Porositeiten situeren zich langs het pad waarlangs de mantel de platen indringt. Hooking is het gevolg van van de vervorming van het oorspronkelijk scheidingsvlak tussen de 2 platen. Er zijn 2 soorten, gebaseerd op hun indringing in de laslens. Een eerste soort hook (meest rechtste hook) dringt door tot in de TMAZ, maar eindigt vóór het pad waarlangs de mantel Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 5

de platen indringt. Een tweede soort hook bevindt zich in de laslens en heeft een omgekeerde V-vorm. Deze soort hooks kunnen ontstaan vanwege de scheiding van de 2 grensvlakken (meest linkse hook) of vanwege de onvolledige vulling van de las, die optreedt wanneer de pin het plastische materiaal terug in de mantel duwt (middenste hook). 4.2. Afschuifproeven Een eerste reeks van wrijvingspuntlasverbindingen werd onderworpen aan een afschuifproef. Het bereik van de afschuifkrachten varieert van 6,9 tot 8,7 kn (zie Figuur 5). Figuur 6a en Figuur 6b illustreren het effect van respectievelijk de lastijd en de rotatiesnelheid op de behaalde afschuifkracht. De aangeduide datapunten in beide grafieken vertegenwoordigen de gemiddelde afschuifkracht voor alle lasverbindingen geproduceerd met respectievelijk een bepaalde lastijd of een bepaalde rotatiesnelheid. De trendlijn toont het globale effect van de lasparameter op de afschuifkracht. Figuur 5: Bereik van behaalde afschuifkrachten (kn) voor elk experiment (a) Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 6

(b) Figuur 6: (a) Effect van de lastijd (b) Effect van de rotatiesnelheid van de pin op de afschuifkracht Figuur 6a illustreert dat de afschuifkracht verbetert bij een hogere lastijd. Dit kan verklaard worden aan de hand van de microstructuur van de wrijvingspuntlasverbinding, verkregen met verschillende lastijden. Figuur 7 toont drie ongeëtste en geëtste dwarsdoorsnedes van lasverbindingen, geproduceerd met een lastijd van respectievelijk 6, 8 en 10 sec. De rotatiesnelheid en de indringdiepte werden constant gehouden op resp. 2000 rpm en 1,6 mm. De witte pijl duidt de onvolledige vulling van de las aan. Naarmate de lastijd toeneemt verdwijnt deze onvolledige vulling, wat resulteert in een dwarsdoorsnede met minder of geen defecten. Bovendien geldt dat voor lasverbindingen met een langere lastijd, de laslens in het centrum een meer fijnkorrelige microstructuur vertoont, die verder reikt dan het grensvlak tussen de 2 platen. De meest verfijnde microstructuur bevindt zich aan de uiteinden van de laslens, aangezien de absolute tangentiële snelheid van de pin en de mantel groter is op deze locaties. Deze veranderingen in microstructuur dragen bij tot de verhoging van de afschuifkracht en zijn waarschijnlijk het gevolg van een verhoogde warmte inbreng, die o.a. veroorzaakt wordt door een stijging van de lastijd. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 7

Ongeëtste dwarsdoorsnede Geëtste dwarsdoorsnede (a) (b) (c) Figuur 7: Dwarsdoorsnede van wrijvingspuntlasverbindingen in EN AW-7075 T6, geproduceerd met verschillende lastijden (a) 6 s (b) 8 s (c) 10 s. Constante lasparameters: rotatiesnelheid = 2000 tpm; indringdiepte = 1,6 mm Verder toont Figuur 6b aan dat de afschuifkracht verhoogt wanneer de rotatiesnelheid daalt tot 1000 tpm. Dit kan verklaard worden aan de hand van de microstructuur van de wrijvingspuntlasverbindingen, verkregen met verschillende rotatiesnelheden. Figuur 8 toont drie ongeëtste en geëtste dwarsdoorsnedes van lasverbindingen, geproduceerd met een rotatiesnelheid van respectievelijk 1000, 2000 en 3000 tpm. De lastijd en de indringdiepte werden constant gehouden op resp. 8 s en 2,0 mm. Een lagere rotatiesnelheid leidt tot een laslens met een grotere lengte van het bindingsligament en een fijnere microstructuur, dat bovendien dieper reikt in de onderste plaat. Deze veranderingen van de microstructuur dragen bij tot de verhoging van de afschuifkracht. Naarmate de rotatiesnelheid stijgt, verandert de grootte en vorm van de laslens. Aangezien het grensvlak meer gekromd is aan weerszijden van de laslens, wordt de lengte van het bindingsligament korter. Verder reikt de laslens minder diep in de onderste plaat en is een verticale zone van grove korrels vlak onder de zone van de pin aanwezig. Dit kan te wijten zijn aan de tangentiële snelheid die nul is op deze locatie, waardoor de kleinste hoeveelheid vermenging optreedt op deze plaats. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 8

Geëtste dwarsdoorsnede Geëtste laslens (a) (b) (c) Figuur 8: Dwarsdoorsnede van wrijvingspuntlasverbindingen in EN AW-7075 T6 geproduceerd met verschillende rotatiesnelheden (a) 1000 tpm (b) 2000 tpm (c) 3000 tpm. Constante lasparameters: lastijd= 8 s, indringdiepte = 2 mm Figuur 9 toont de 4 verschillende faalmechanismen die optreden: faling van de las in het grensvlak (G), complete faling van de las in de bovenste plaat (FB), complete faling in de onderste plaat (FO) en complete faling in zowel de bovenste als in de onderste plaat (FBO). In geval van faling van de las in het grensvlak, is een gedeelte van de las steeds aanwezig aan zowel de onderste als aan de bovenste plaat. In geval van complete faling van de las in één van de twee platen, is de las nog steeds aanwezig aan de tegenoverstelde plaat, waar de las gescheurd is. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 9

Bovenste plaat Faling in het grensvlak (G) Faling in de bovenste plaat (FB) Faling in de onderste plaat (FO) Faling in de bovenste & onderste plaat (FBO) Onderste plaat Figuur 9: Verschillende faalmechanismen tijdens de afschuif- en koptrekproeven Figuur 10a en Figuur 10b relateren het faalmechanisme aan de behaalde afschuifkracht en de lasparameters. Lasverbindingen waarvan de las volledig faalt in de onderste plaat (FO), bezitten de hoogste afschuifkracht. Dit is mogelijk te wijten doordat de laszone in de onderste plaat waarschijnlijk het zwakste is. Dit faalmechanisme treedt voornamelijk op bij lasverbindingen die geproduceerd worden met een grotere indringdiepte, een tragere rotatiesnelheid en een langere lastijd. (a) Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 10

(b) Figuur 10: Verband tussen (a) de afschuifkracht en het faalmechanisme (b) de lasparameters en het faalmechanisme 4.3. Koptrekproeven Een tweede reeks van wrijvingspuntlasverbindingen werd onderworpen aan een koptrekproef. Het bereik van de behaalde koptrekkrachten varieert van 0,3 tot 2,6 kn, zoals geïllustreerd in Figuur 11. Deze waarden liggen veel lager dan de waarden van de afschuifkrachten, die varieerden van 6,9 tot 8,7 kn. Dit is te wijten aan het feit dat de belasting in een koptrekproef niet de voorkeursbelasting is voor puntlasverbindingen in de overlap configuratie. Figuur 11: Bereik van de behaalde koptrekkrachten (kn) voor elk experiment Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 11

Figuur 12a en Figuur 12b tonen het effect van respectievelijk de lastijd en de indringdiepte op de behaalde koptrekkracht. Beide lasparameters vertonen een lineaire relatie met de behaalde koptrekkracht: de koptrekkracht vehoogt voor zowel een stijging van de lastijd als de indringdiepte. Zoals reeds besproken voor de afschuifkracht, is dit waarschijnlijk te wijten aan een verhoogde warmte inbreng wanneer de lastijd verhoogd wordt. Een lasverbinding geproduceerd met een indringdiepte gelijk aan de dikte van de plaat (1,6 mm) leidt niet tot het doordringen van de pin en de mantel in de onderste plaat. Bijgevolg is er geen sterke verbinding in het grensvlak aanwezig, waardoor de kans op defecten (o.a. porositeiten, gedeeltelijke binding onder de laslens en hooking fenomenen) in het grensvlak tussen de 2 platen groot is en lage afschuifkrachten bekomen worden. Lasverbindingen geproduceerd met een indringdiepte groter dan de dikte van de plaat, leiden tot een verbetering van de koptrekkracht, aangezien in dit geval ook verbinding gemaakt wordt met de onderste plaat. (a) (b) Figuur 12: (a) Effect van de lastijd (b) Effect van de indringdiepte op de koptrekkracht Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 12

Figuur 13a toont het verband tussen de koptrekkracht en het optredende faalmechanisme. Lasverbindingen waarvan de las faalt in het grensvlak (G) treedt op bij lagere koptrekkrachten (lager dan ongeveer 1,2 kn), met uitzondering van 1 lasverbinding. Het faalmechanisme waarbij de las volleding faalt in de bovenste plaat treedt op bij bijna alle koptrekkrachten. Enkel 1 lasverbinding is aanwezig waarbij de las volledig faalt in de onderste plaat, en deze bezit tevens de hoogste koptrekkracht van 2,8 kn en de hoogste afschuifkracht van 10,2 kn. Deze lasverbinding werd geproduceerd met een rotatiesnelheid van 1000 rpm, een lastijd van 8 s en een indringdiepte van 2,4 mm. Het staafdiagramma in Figuur 13b illustreert het effect van de lasparameters op het faalmechanisme tijdens de koptrekproeven. Bij lasverbindingingen geproduceerd met een indringdiepte van 1,6 mm, faalt de las uitsluitend aan het grensvlak. Dit kan verklaard worden wegens de gedeeltelijke binding en microstructurele defecten die in dit geval optreden, zodat het grensvlak optreedt als de zwakste zone in deze belastingsrichting. Bij een toename van de indringdiepte, verschuift het faalmechanisme grotendeels van een faling van de las in het grensvlak (G) naar een volledige faling van de las in de bovenste plaat (FB). Echter, voor een stijging van de rotatiesnelheid blijft het falingsmechanisme waarbij de lasverbinding faalt in het grensvlak, dominant. (a) Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 13

(b) Figuur 13: Verband tussen (a) de koptrekkracht en het faalmechanisme (b) de lasparameters en het faalmechanisme 4.4. Samenvatting van het effect van de lasparameters op de laskwaliteit Uit de voorgaande resultaten kan het effect van de lasparameters op de microstructuur en de afschuif- en koptrekkrachten samengevat worden als volgt: Invloed van de lastijd: Een stijging van de lastijd leidt tot een verhoogde warmteinbreng. Dit leidt tot minder defecten en een diepere laslens met een verfijnde microstructuur, wat resulteert in een verhoging van de afschuif-en koptrekkrachten. Deze lasverbindingen falen doorgaans in de onderste plaat. Invloed van de rotatiesnelheid: Eveneens leidt een toename van de rotatiesnelheid tot een verhoging van de warmte-inbreng. Hier treedt echter een tegenovergesteld effect op, aangezien een kleinere laslens met een kleinere lengte van het bindingsligament en een meer grofkorrelige microstructuur bekomen wordt, dat resulteert in een lagere koptrekkracht. Een verlaging van de rotatiesnelheid tot 1000 tpm, resulteert in een diepere laslens met een langere lengte van het bindingsligament en een verfijnde microstructuur. Deze veranderingen van de microstructuur leiden tot een verbetering van de koptrekkracht. Invloed van de indringdiepte: een indringdiepte gelijk aan de dikte van de bovenste plaat moet vermeden worden, aangezien dit resulteert in gedeeltelijke verbindingen en microstructurele defecten in het grensvlak. Bijgevolg verlaagt de kopttrekkracht, wat verbeterd kan worden door het verhogen van de indringdiepte. De lasverbinding geproduceerd met een rotatiesnelheid van 1000 rpm, een lastijd van 8 s en een indringdiepte van 2,4 mm vertoont de hoogste koptrekkracht van 2,8 kn en de hoogste afschuifkracht van 10,2 kn en faalt volledig in de onderste plaat. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 14

Interesse? Om de mogelijkheden van dit proces in kaart te brengen en aan de praktijk te toetsen, zal het BIL bij voldoende industriële interesse een praktijkgericht onderzoeksproject opstarten. Het doel is na te gaan wat de mogelijkheden zijn van dit proces wat betreft lasbaarheid van materialen en de toepasbaarheid in de industrie. Daarnaast zullen er industriële case studies ontwikkeld worden om het potentieel van het proces aan te tonen. Bedrijven die interesse hebben in het proces kunnen contact opnemen met het Belgisch Instituut voor Lastechniek. Contact : Koen Faes - E-mail : Koen.Faes@bil-ibs.be Referenties [1] Aluminium toepassingen in transport. Online beschikbaar: http://www.aluminiumleader.com/application/transport/ [2] S. M. Manladan et al. A review on resistance spot welding of aluminium alloys, Int. J. Adv. Manuf. Technol. Sept. 2016 [3] T. Rosendo et al., Mechanical and microstructural investigation of friction spot welded AA6181-T4 aluminium alloy. Mater. Des. 32 (2011) 1094-1110. [4] Harms & Wende. Online beschikbaar: https://www.harms-wende.de/ [5] Belgisch Instituut voor Lastechniek. Online beschikbaar: http://www.bil-ibs.be/ [6] ASM Aerospace Specification Metals. Online beschikbaar: http://asm.matweb.com/search/specificmaterial.asp?bassnum=ma7075t6 Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 15