Investigation of the voids formation process in friction stir welding by numerical modeling and experiment on the basis of a stress-condition-hypothesis

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Subject Area: Production Automation and Assembly Technology ; Thermodynamics and Kinetics as well as Properties of Phases and Microstructure of Materials
• Term: from 2018 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 386865820

• Final Report Year: 2024

Final Report Abstract

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.

Publications

• 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.