Torque and Temperature Analysis in FSSW of Aluminium Alloys

Abstract

A influência dos diferentes parâmetros de processo sobre o binário e a temperatura desenvolvidos em soldaduras produzidas por Friction Stir Spot Welding (FSSW) em diferentes ligas de alumínio, foi estudada na presente dissertação. Para tal, as soldaduras foram realizadas com recurso a ferramentas de vários diâmetros e diferentes velocidades de rotação. Como materiais de base foram utilizadas três ligas de alumínio tratáveis termicamente (Al-2017, AL-6082, Al-7075) e uma liga de alumínio não tratável termicamente (Al-5083). As medições de temperatura foram realizadas com o auxílio de uma câmara termográfica e o binário foi registado através do equipamento onde foram produzidas as soldaduras. O processamento dos dados do processo permitiu comparar os ciclos térmicos e os valores do torque para as diferentes condições de soldadura testadas.Relações entre os parâmetros e os outputs do processo foram estabelecidas ajustando um modelo analítico aos resultados experimentais. As equações obtidas foram usadas para criar superfícies em 3D, que se mostraram capazes de prever de um forma satisfatória a evolução quer do binário, quer da temperatura com a variação dos parâmetros do processo.O trabalho desenvolvido permitiu concluir que, para o processo FSSW, as dimensões da ferramenta e a velocidade de rotação influenciam, de forma diferente, a evolução do binário e o calor gerado. Mais precisamente, para as condições de processo estudadas, as dimensões da ferramenta governaram a geração de calor, enquanto que a velocidade de rotação teve uma menor influência nas temperaturas alcançadas. A evolução do binário provou ser bastante influenciada pelo diâmetro da base da ferramenta e pela velocidade de rotação. As diferentes propriedades dos materiais não demonstraram qualquer influência nos valores de binário e temperatura obtidos.

In the present dissertation is evaluated the influence of the Friction Stir Spot Welding (FSSW) process parameters on the torque and temperature evolution of aluminium alloys. For this purpose, spot welds were made using tools with variable diameter and different rotational speeds. The base materials consisted of three heat treatable aluminium alloys (AL-2017, Al-6082, Al-7075) and one non-heat treatable aluminium alloy (Al-5083). Temperature measurements were performed with the aid of a thermographic camera and the torque was recorded using the equipment where the welds were produced. The treatment of the process data allowed to compare the thermal cycles and the torque values for the different welding conditions tested.The relationships between process parameters and outputs were established by adjusting an analytical model to the experimental results. The obtained equations were used to create 3D surfaces, which proved to be able to predict in a satisfactory way the evolution of both torque and temperature with the variation of the process parameters.The developed work allowed to conclude that, for the FSSW process, tool dimensions and rotational speed have different influences on torque output and heat generation. More precisely, under the chosen process conditions, the shoulder diameter governed the heat generation while the rotational speed had a minor influence on the temperatures achieved. In addition, the torque output was largely affected by both the shoulder diameter and the rotational speed. The different material properties showed no effect on the torque and temperature values obtained.