Effect of Heat Sink on Mechanical, Metallurgical and Microstructural Characteristics of Friction Stir Spot Welded Dissimilar Al6061 and Al5052 Joints

Abstract

Точкове зварювання тертям із перемішуванням є добре відомим методом з’єднання матеріалів для зварювання подібних, а також різнорідних матеріалів. При цій технології зварювання робоча температура підтримується нижче температури плавлення заготовок. Оскільки температура в області зварювання підтримується вище точки рекристалізації та нижче точки плавлення, з’єднання відбувається як при сильній пластичній деформації. Це вигідно, оскільки поєднує різнорідні матеріали, що мають унікальні та різні властивості, як одне зварне з’єднання. У статті була зроблена спроба використати мідний матеріал як тепловідвід під час точкового з’єднання різнорідних з’єднань Al6061 та Al5052. Наявність мідних тепловідводів забезпечувала швидке розсіювання тепла від тертя, створюваного в області самородка. Точкове зварювання охолоджувалося швидше. При використанні мідних тепловідводів швидкість охолодження знижувалася на 32 %. Властивості на розтяг точкових з’єднань Al6061-Al5052 підвищилися на 7,8 %, а мікротвердість з’єднань покращилася на 12,3 % порівняно зі з’єднаннями, виготовленими без тепловідводів. Інтерметалічні сполуки не утворювалися, а зерна менш деформувалися при використанні тепловідводів. Швидший час охолодження забезпечив швидку заміну заготовок. Час роботи зварювального обладнання скоротився на 19,3 %, оскільки з’єднання готувалися швидше. Таким чином споживання електроенергії (енергозбереження) за одну зміну зменшилося на 11,35 %.

Friction stir spot welding is a well-known material joining technique for welding similar as well as dissimilar materials. In this welding technique, the operating temperature is retained below the melting point of the workpieces. As the temperature in the weld region is maintained above the recrystallization point and below the melting point, the joining takes place as a severe plastic deformation. It is advantageous as it joins dissimilar materials having unique and different properties as a single welded joint. In this paper, an attempt has been made to use copper material as heat sinks during spot joining of dissimilar Al6061 and Al5052 joints. The presence of Cu heat sinks ensured quick dissipation of frictional heat created in the nugget region. The spot welds cooled faster. When using Cu heat sinks, the cooling rates reduced by 32 %. Tensile properties of Al6061-Al5052 spot joints increased by 7.8 % and the joint microhardness improved by 12.3 %, compared to joints fabricated without heat sink attachment. Intermetallic compounds were not formed, and the grains were less deformed when using heat sinks. Faster cooling times ensured quick changeover of workpieces. The running duration of the welding equipment reduced by 19.3 %, as the joints were prepared faster. Hence the power consumption (energy savings) in a single shift was found to decrease by 11.35 %.