Impact of Friction Stir Spot Welding Process Parameters on Weld Strength for Similar Aluminum Alloys

Abstract

Зварювання алюмінієвих сплавів є важливим процесом, який використовується в кількох галузях промисловості, включаючи автомобільну, суднобудівну та аерокосмічну. Зварювання алюмінієвих сплавів традиційними методами зварювання утруднено з різних причин, зокрема плавлення алюмінію; однак зварювання тертям з перемішуванням (FSW) — це техніка твердотільного зварювання без розплавлення, яка може запобігти об’ємному плавленню алюмінію під час процесу, отже прийнятний підхід для з’єднання алюмінієвих сплавів. Точкове зварювання тертям із перемішуванням (FSSW), різновид FSW, є потенційним методом створення точкових з’єднань між алюмінієвими сплавами. На якість зварювання та механічні властивості впливає геометрія інструменту та параметри процесу, що використовуються під час FSSW. У даній роботі успішно реалізована технологія точкового зварювання алюмінію 2024-Т3 тертям з перемішуванням з використанням зварювального інструменту зі сталі Д3. У цій експериментальній роботі використовуються такі параметри процесу, як швидкість шпинделя 1500 об/хв, 1750 об/хв і 2000 об/хв з часом витримки 2 с, 4 с і 6 с. Ми досліджували вплив періоду витримки та швидкості шпинделя на напругу зсуву, зберігаючи швидкість занурення та глибину постійними. Сила, що діє на інструмент FSSW під час процесу зварювання, також досліджується для заданого часу витримки та швидкості шпинделя. Найбільша сила зсуву при розтягуванні була зареєстрована для зварного шва, сформованого при 2000 об/хв з часом витримки 6 секунд.

Welding of aluminum alloys is an important process used in several industries, including automobile, shipbuilding and the aerospace. Welding aluminum alloys using traditional welding methods is difficult because of a various reasons, particularly melting of aluminum; however, friction stir welding (FSW) is a nonfusion solid-state welding technique, which can prevent bulk melting of aluminum during the process, hence acceptable joining approach for aluminum alloys. Friction stir spot welding (FSSW), a form of FSW, is a potential method for creating spot connections between Aluminum alloys. The weld quality and mechanical properties are affected by tool geometry and the process parameters utilized during FSSW. In this work, the friction stir spot welding techniques of aluminum 2024-T3 are successfully carried out utilizing a welding tool made of D3 steel. This experimental work utilizes process parameter such as spindle speed of 1500 rpm, 1750 rpm & 2000 rpm with dwell time of 2s, 4s and 6s. We investigated the effects of dwell period and spindle speed on shear stress while keeping the plunge rate and depth constant. The force exerted on the FSSW tool during the welding process is also investigated for the specified dwell time and spindle speeds. The highest tensile shear force was reported for a weld formed at 2000 rpm with a dwell time of 6 seconds.