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Application of the Hybrid Process Ultrasound Enhanced Friction Stir Welding on Dissimilar Aluminum/Dual-Phase Steel- and Aluminum/Magnesium Joints

Anwendung des Hybridprozess des ultraschallgestützten Rührreibschweißens auf artfremde Aluminium/Dualphasenstahl- und Aluminium/Magnesium-Verbunde
 
: Thomä, Marco; Gester, Andreas; Wagner, Guntram; Straß, Benjamin; Wolter, Bernd; Benfer, Sigrid; Gowda, Darshan Kare; Fürbeth, Wolfram

:

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 50 (2019), No.8, pp.893-912
ISSN: 0933-5137
ISSN: 1521-4052
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
SPP 1640;
Joining by plastic deformation
English
Journal Article
Fraunhofer IZFP ()
friction stir welding; power ultrasound enhancement; microstructure; nondestructive testing; corrosion; Rührreibschweißen; Leistungsultraschallunterstützung; Mikrostruktur; zerstörungsfreie Prüfung; Korrosion

Abstract
Friction stir welding as a solid‐state joining method with its comparatively low process temperatures is suitable for joining dissimilar materials like aluminum/magnesium or aluminum/steel. Such hybrid joints are of great interest regarding lightweight efforts in different industrial fields like the transportation area. The present work investigates the influence of additionally transmitted power ultrasound during the friction stir welding on the joint properties of EN AC‐48000/AZ91 and EN AW‐6061/DP600. Therefore, conventional friction stir welding was continuously compared to ultrasound enhanced friction stir welding. Light microscopic analysis and nondestructive testing of the joints using x‐ray and high frequency ultrasound show different morphologies of the nugget for the aluminum/magnesium joints as well as differences in the amount and size of steel particles in the nugget of aluminum/steel joints. Scanning electron microcopy proves differences in the thickness of continuous intermetallic layers for the aluminum/steel joints realized with and without power ultrasound. Regarding the tensile strength of the joints the power ultrasound leads to increased joint strengths for EN AC‐48000/AZ91 joints compared to a decrease for EN AW‐6061/DP600 joints. Corrosion investigations show an influence of the ultrasound power on the corrosion properties of EN AC‐48000/AZ91 joints which is attributed to a changed aluminum content in the nugget region. Because of the great potential difference between the magnesium and the nugget phase the transitional area exhibits strong galvanic corrosion. For EN AW‐6061/DP600 joints an increased corrosion caused by galvanic effects is not expected as the potentials of the EN AW‐6061 aluminum alloy and DP600 steel are very similar.

 

Rührreibschweißen ist als Festphasenfügeverfahren mit seinen vergleichsweise geringen Prozesstemperaturen geeignet, um Werkstoffverbunde artfremder Metalle wie Aluminium/Magnesium und Aluminium/Stahl zu verbinden. Derartige Hybridverbunde sind hinsichtlich Leichtbaubestrebungen in verschiedenen industriellen Gebieten wie beispielsweise der Transportmittelbranche von großem Interesse. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von zusätzlich zum Rührreibschweißen eingeleiteten Leistungsultraschall auf die Verbundeigenschaften von EN AC-48000/AZ91- und EN AW-6061/DP600-Verbunden. Dabei wurde durchgängig das konventionelle Rührreibschweißen mit dem ultraschallunterstützten Rührreibschweißen verglichen. Lichtmikroskopische Analysen und zerstörungsfreie Prüfungen der Verbunde mittels Röntgendurchstrahlung und Hochfrequenz-Ultraschall zeigen verschiedene Morphologien fürdie Fügezone von Aluminium/Magnesium Verbunden sowie Unterschiede in der Anzahl und Größe von Stahlpartikeln in der Fügezone von Aluminium/Stahl Verbunden. Rasterelektronenmikroskopie weist Unterschiede in den kontinuierlichen intermetallischen Schichten für Aluminium/Stahl Verbunde, welche mit und ohne Leistungsultraschall realisiert wurden, nach. Hinsichtlich der Zugfestigkeiten der Verbunde führt Leistungsultraschall zu einem Anstieg der Verbundfestigkeiten für EN AC-48000/AZ91 Verbunde verglichen mit einem Abfall für EN AW-6061/DP600 Verbunde. Korrosionsuntersuchungen zeigen einen Einfluss der Ultraschallleistung auf die Korrosionseigenschaften von EN AC-48000/AZ91 Verbunden, was auf einen geänderten Aluminiumanteil im Nugget zurückgeführt wird. Aufgrund des großen Potentialunterschiedes zwischen Magnesium und Aluminium unterliegt der Magnesium/Nugget-Übergang starker galvanischer Korrosion. Für Aluminum/Stahl-Verbunde wird eine verstärkte galvanische Korrosion nicht erwartet, da sich die Korrosionspotentiale der Aluminiumlegierung EN AW-6061 und des DP600 Stahls nur wenig unterscheiden.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-555435.html