FSSW von Stahl

Im Jahr 2006 wurden am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) und dem Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) im Auftrag des US-amerikanischen Energieministeriums (DoE) vielversprechende Untersuchungen zum Rührreibpunktschweißen (Friction Stir Spot Welding, FSSW) von hochfesten Stahlblechen durchgeführt.

Im Auftrag der US-amerikanischen Regierung untersuchte FSSW-Werkzeuge (zum Vergrößern bitte anklicken)

© Michael L. Santella, Glenn J. Grant, Zhili Feng, Yuri Hovanski, Joseph A. Carpenter und Philip S. Sklad

Für die FSSW-Werkzeuge wurden zwei Werkstoffe ausgewählt: polykristallines kubisches Bornitrid (PCBN) und eine Legierung aus Wolfram mit 25 Gew.-% Rhenium (W25Re). Beide Werkstoffe sind kommerziell erhältlich.

Zunächst wurden auf Anregung des industriellen Lieferanten des PCBN, MegaStir, Inc. die vier Werkzeugdesigns, die oben links dargestellt sind, untersucht. Das Werkzeug

in der oberen linken Ecke von Abbildung 1 ist relativ relativ konventionell und hat einen nur geringfügig profilierten Stift, der aus dem aus der Schulter herausragt. Die Schulter hatte einen Durchmesser von 10 mm (0,4 Zoll). Der Stift selbst war ein Kegelstumpf mit drei Abflachungen.^[1]

Die restlichen drei Werkzeuge im linken Teil der Abbildung stellen "schulterlose" Werkzeuge (‘shoulderless’ tools) dar. Das zweite Werkzeug von links oben wird als grobe Spirale bezeichnet und die beiden unteren Werkzeuge sind feinspiralige Ausführungen. Bei diesen beiden Werkzeugen greift die Schulter nicht in das Werkstück ein. Diese Geometrie wurde von MegaStir auf der Grundlage ihrer Forschungsarbeiten zu FSSW empfohlen.^[1]

Vier neue Werkzeuge, die oben in der rechten Bildhälfte dargestellt sind, wurden mit der Absicht entworfen, die Gesamtverbindungsfläche des FSSW zu erhöhen. Die Stiftlängen wurden verkürzt, um die Schulter tiefer in die obere Platte eindringen zu lassen. Die Stiftgeometrie wurde geändert, um die Mischeigenschaften des Werkzeugs zu verbessern. Zusätzlich wurde ein Werkzeug mit einer konvexen Schulter und einem kurzen Gewindestift untersucht, in der Absicht, einen größeren Bereich in kürzerer Zeit zu vermischen. Erste Schweißversuche mit den vier umgestalteten Werkzeugen,

die oben rechts dargestellt sind, haben zu deutlichen Steigerungen Überlappungsscherkräfte und Verbundflächen geführt.^[1]

1. Michael L. Santella (Oak Ridge National Laboratory, ORNL), Glenn J. Grant (Pacific Northwest National Laboratory, PNNL), Zhili Feng (ORNL), Yuri Hovanski (PNNL), Joseph A. Carpenter (DoE) and Philip S. Sklad (ORNL): Friction-Stir Spot Welding of Advanced High-Strength Steel. Contract No.: DE-AC05-00OR22725 & DE-AC06-76RLO1830. FY2006 Progress Report for Automotive Lightweighting Materials - 5d. Friction-Stir Spot Welding of Advanced High-Strength Steel (energy.gov).