Temperature control in friction stir welding
Final Report Abstract
Im Rahmen des Forschungsprojekts konnte eine pyrometergestützte, eine modellbasierte adaptive und eine prozessmomentbasierte adaptive Temperaturregelung beim Rührreibschweißen umgesetzt werden. Durch den Einsatz spezieller Regelungsalgorithmen konnte sowohl dem nicht-linearen als auch dem variierenden Systemverhalten der Schweißtemperatur beim Rührreibschweißen Rechnung getragen werden. Zur Messung der Schweißtemperatur wurden zwei Messsysteme qualifiziert: Zum einen wurde die Schweißtemperatur mittels Strahlungstemperaturmessung erfasst, zum anderen wurde ein spezielles Messwerkzeug entwickelt, welches die Messung der Temperatur an der Kontaktfläche von Werkstück und Werkzeug ermöglicht. Um die Messsignale aus dem drehenden Werkzeug zu übertragen, wurde eine Signalverarbeitungseinheit entwickelt, welche die Datenübertragung an ein Empfängermodul ermöglicht. Es konnte nachgewiesen werden, dass alle drei Regelungsansätze einen Mehrwert beim Rührreibschweißen von komplexen Bauteilgeometrien mit sich bringen. Ein Anstieg der Schweißtemperatur infolge eines Wärmestaus konnte von allen drei Regelungssystemen effektiv verhindert werden, sodass sich auch der Schweißgrat wesentlich geringer ausprägte. Abschließend konnte noch nachgewiesen werden, dass die Schweißtemperatur einen signifikanten Einfluss auf die statische Festigkeit von Rührreibschweißnähten an EN AW- 2219-T87 hat. Im Rahmen einer Parameterstudie konnte beobachtet werden, dass die Variation der Nahtfestigkeit ohne Temperaturregelung ca. zehnfach stärker ist als bei einem Einsatz der erarbeiteten Regelungsansätze. Dieses Ergebnis veranschaulicht das Potential der erarbeiteten Mess- und Regelungsmethoden zur Sicherstellung höchster und gleichbleibender Nahtfestigkeiten.
Publications
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(2018) Torque-based adaptive temperature control in friction stir welding: a feasibility study. Production Engineering 12 (3) 391-403
Bachmann, A.; Roehler, M.; Pieczona, S. J.; Kessler, M.; Zaeh, M. F
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Analyse von Temperaturmessmethoden zum Aufbau einer Temperaturregelung beim Rührreibschweißen. In dos Santos, J. F.; Koschek, D. (Hrsg.): 7. FSW-Workshop: Rührreibschweißen und verwandte Verfahren, Geesthacht, 24. – 26.02.2016
Bachmann, A.
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Pyrometer-Assisted Temperature Control in Friction Stir Welding. In: 11th Symposium on FSW, Cambridge U.K., 17. – 19.05.2016
Bachmann, A.; Zaeh, M. F.
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Adaptive modelbased temperature control in friction stir welding. International Journal of Advanced Manufacturing Technology 93 (2017) 1 – 4, S. 1157 – 1171
Bachmann, A.; Gamper, J.; Krutzlinger, M.; Zens, A.; Zaeh, M. F.
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Entwicklung eines FSW-Spezialwerkzeugs zur Messung der Schweißtemperatur. In DVS (Hrsg.): DVS Congress 2017, Düsseldorf, 26. – 29.09.2017 (DVS Berichte Band 337, S. 119 – 125)
Costanzi, G.; Bachmann, A.; Zäh, M. F.
