Untersuchungen zu Entstehungsmechanismen von Hohlräumen beim Rührreibschweißen anhand mathematischer Modellierung und experimenteller Methoden basierend auf der Spannungszustand-Hypothese

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386865820

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Aufgrund der Analyse der Bedingungen für das Vorhandensein der verschiedenen Deformationsunterzonen ist es möglich, die folgenden einheitlichen Kriterien für die Bildung von Hohlräumen vorzuschlagen: 1) Wenn die Summe des statischen Drucks (über die Anpresskraft) und des kinematischen hydrostatischen Drucks (über die Werkzeugverschiebung und -umdrehung) im Metall der plastischen Zone den resultierenden Druck (über der Fließgrenze bei gegebenen Temperaturen) erzeugt, so dass das Metall komprimiert wird, dann entstehen keine Hohlräume - vorausgesetzt, der Wert der kinematischen Scherkomponente übersteigt nicht den gesamten hydrostatischen Druck. 2) Wenn die Summe des statischen Drucks (über die Anpresskraft) und des kinematischen hydrostatischen Drucks (über die Werkzeugverschiebung und -drehung) im Metall der plastischen Zone den resultierenden Druck so erzeugt, dass das Metall gedehnt wird (negativer hydrostatischer Gesamtdruck), dann bilden sich Hohlräume durch die kinematische Scherkomponente. Die Anwendbarkeit des Modells wurde durch die beschriebenen Validierungsexperimente prinzipiell gezeigt. Zukünftig sind weitere Untersuchungen notwendig, um die Abhängigkeit der dynamischen Viskosität von der chemischen Zusammensetzung zu klären. Zudem ist bislang nicht geklärt, wie die Werkzeuganpresskraft sich im entwickelten Viskositätsmodell auswirkt. Auch hier wird ein Einfluss auf die Vorhersagegenauigkeit der Hohlraumbildung erwartet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Thermo-mechanical model of the friction stir welding process and its application for the aluminium alloy АА5754. Proceedings of the 12th International Seminar on Numerical Analysis of Weldability-2018; Graz University of Technology (Austria). p. 565-585.
  Reisgen U., Schiebahn A., Naumov A., Maslennikov A. & Erofeev V.
  
• A method for evaluating dynamic viscosity of alloys during friction stir welding. Journal of Advanced Joining Processes, 1, 100002.
  Reisgen, U.; Schiebahn, A.; Sharma, R.; Maslennikov, A.; Rabe, P. & Erofeev, V.