NL1011908C1 - Wrijvingsroerlassen. - Google Patents

Description

9 \ τ

Wriivinesroerlassen

De uitvinding heeft betrekking op het gebied van wrijvingsroerlassen (friction stir welding, FSW). Bij deze techniek worden elementen aan elkaar verbonden door 5 middel van een roterende of heen en weer beweegbare doom, die langs het grensvlak van de elementen wordt verplaatst. Als gevolg van de samenwerking tussen de cyclisch bewegende doom en die elementen wordt wrijvingswarmte opgewekt. Deze wrijvingswarmte hangt onder andere af van de aandrukkracht en de aanzet van de doom.

10 Kenmerkend voor het wrijvingsroerlassen is dat geen smelten optreedt van de te verbinden elementen. Er vormt zich een zachte, plastische laszone, die gesmeed wordt onder invloed van de cyclische bewegingen van de doom.

Deze verbindingstechniek heeft het voordeel dat de verbinding een hoge sterkte heeft, die aanzienlijk hoger is dan de bij smeltlassen zoals TIG-(tungsten inert gas) en 15 MIG-(metal inert gas) lassen verkregen sterkte.

Een verder voordeel is dat legeringen en combinaties van materialen aan elkaar verbonden kunnen worden, waarvoor de gebruikelijke lastechnieken ongeschikt zijn. Als voorbeeld worden genoemd de in de luchtvracht- en ruimtevaartindustrie toegepaste legeringen uit de 2000 serie (AlCuMg), 6000 serie (AlMgSi), en 7000 20 serie (AlZnMgCu).

Voor dergelijke materialen moest gebruik gemaakt worden van andere verbindingstechnieken, zoals klinken of lijmen. Elk van deze technieken heeft echter bezwaren, zoals vermoeiingsproblemen en relatief hoge fabricagekosten.

Uit EP-B-615480 is een werkwijze bekend voor het door middel van 25 wrijvingsroerlassen verbinden van elementen. De elementen worden door de bewegende doom in plastische toestand gebracht, waarna verharding intreedt en de verbinding tot stand komt.

Bij wrijvingsroerlassen moet, verband met het verkrijgen en gedurende een bepaalde periode handhaven van de plastische toestand van de elementen, welke 30 periode noodzakelijk is ter verkrijging van de vermenging van de plastische delen, de warmtehuishouding op gewenste wijze beheerst kunnen worden.

rton^08 2

De uitvinding verschaft in dit opzicht een verbeterde werkwijze voor het aan elkaar verbinden van elementen door middel van wrijvingsroerlassen, omvattende de stappen van: - het inklemmen van de elementen zodanig dat hun naar elkaar gekeerde, te 5 verbinden delen onderling onbeweegbaar zijn, - het aanbrengen van een doom in het gebied van de te vervaardigen verbinding in aanraking met die delen, - het cyclisch bewegen van de doom ten opzichte van de elementen zodanig dat wrijvingswarmte wordt opgewekt en de delen in plastische toestand worden 10 gebracht, - het beïnvloeden van de wrijvingswarmteverdeling in tenminste één van die elementen zodanig dat de wrijvingswarmte in hoofdzaak geconcentreerd wordt in de in plastische toestand gebrachte delen van dat tenminste ene element, alsmede - het laten afkoelen van de in plastische toestand gebrachte delen ter vorming 15 van de verbinding.

Vooral bij metalen elementen, die een goede geleidbaarheid met betrekking tot warmte bezitten en daardoor snel warmte verliezen, is het van belang de warmte zoveel mogelijk te concentreren op de verbindingsplaats. Daardoor kan de plastische toestand sneller worden bereikt. Tevens kan de cyclische beweging van de doom 20 minder intensief zijn, terwijl niettemin een behoorlijke aanzetsnelheid mogelijk blijft.

Daardoor kan de productiesnelheid hoger zijn, zonder dat een overmatig grote hoeveelheid energie behoeft te worden toegevoerd.

De werkwijze volgens de uitvinding kan de stap omvatten van het in aanraking brengen van tenminste een element met een isolator die een lagere 25 warmtegeleidingscoëffïciënt heeft dan de elementen. Bij voorkeur brengt men het grootste gedeelte van het oppervlak van het element met de isolator in aanraking.

Het kan wenselijk zijn om, in combinatie met het beperken van de warmteafvoer in bepaalde gebieden van de elementen, in andere gebieden de warmte versneld af te voeren. Daartoe kan de werkwijze volgens de uitvinding de stap 30 omvatten van het in aanraking brengen van tenminste één element met een warmtegeleider die tenminste dezelfde warmtegeleidingscoëffïciënt heeft als dat > element.

••1011908 3

Als gevolg van deze maatregelen kan een goed verbindingsresultaat worden verkregen indien men een roterende doom toepast waarvan het toerental ten hoogste 600 omwentelingen per minuut bedraagt, en bij voorkeur in het gebied 400-500 omwentelingen per minuut ligt. Ook kan men een roterende doom toepassen waarvan 5 de omtreksnelheid ten hoogste 37 m/min. bedraagt, en bij voorkeur ligt in het gebied van 24-31 m/min.

De doom kan worden verplaatst ten opzichte van de delen met een aanzetsnelheid van ten minste 400 mm/min.

Tevens kan een doom worden toegepast met een uitwendig oppervlak uit 10 keramisch materiaal. Het keramische materiaal kan de warmte-isolatie en de opwekking van wrijvingswarmte op gewenste wijze beïnvloeden.

Een dergelijke doom kan zijn bekleed met een zirconium-oxide, of met een aluminium-oxide.

De uitvinding betreft tevens een samenstel omvattende elementen die door 15 middel van de werkwijze volgens één der voorgaande conclusies aan elkaar zijn verbonden. Volgens de uitvinding bedraagt daarbij de breukrek van de verbinding tenminste 85% van de breukrek van het materiaal waaruit de elementen bestaan (eigenschappen van het materiaal zonder additionele warmtebehandeling).

*t;Qtt9 08

Claims (12)

1. Werkwijze voor het aan elkaar verbinden van elementen door middel van wrijvingsroerlassen, omvattende de stappen van: 5. het inklemmen van de elementen zodanig dat hun naar elkaar gekeerde, te verbinden delen onderling onbeweegbaar zijn, - het aanbrengen van een doom in het gebied van de te vervaardigen verbinding in aanraking met die delen, - het cyclisch bewegen van de doom ten opzichte van de elementen zodanig 10 dat wrijvingswarmte wordt opgewekt en de delen in plastische toestand worden gebracht, - het beïnvloeden van de wrijvingswarmteverdeling in tenminste één van die elementen zodanig dat de wrijvingswarmte in hoofdzaak geconcentreerd wordt in de in plastische toestand gebrachte delen van dat tenminste ene element, alsmede 15. het laten afkoelen van de in plastische toestand gebrachte delen ter vorming van de verbinding.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, omvattende de stap van het in aanraking brengen van tenminste een element met een isolator die een lagere 20 warmtegeleidingscoëfficiënt heeft dan dat element. 1 2 6*10 119 08

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende het toepassep van een roterende doom waarvan het toerental ten hoogste 600 omwentelingen per minuut bedraagt. Werkwijze volgens conclusie 2, omvattende de stap van het in aanraking brengen van het grootste gedeelte van het oppervlak van tenminste een element met de isolator. 25 2 Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, omvattende de stap van het in aanraking brengen van tenminste een element met een warmtegeleider die tenminste dezelfde warmtegeleidingscoëfficiënt heeft als dat element.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, omvattende het toepassen van een roterende doom waarvan het toerental ligt in het gebied van 400-500 omwentelingen per minuut.

7. Werkwijze volgens conclusies, omvattende het toepassen van een roterende doom waarvan de omtreksnelheid ten hoogste 37 m/min bedraagt.

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, omvattende het toepassen van een roterende doom waarvan de omtreksnelheid ligt in het gebied van 10 24-31 m/min.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, omvattende het verplaatsen van de doom ten opzichte van de delen met een aanzetsnelheid van ten minste 400 mm/min. 15

10. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, omvattende het toepassen van een doom met een uitwendig oppervlak uit keramisch materiaal.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, omvattende het toepassen van een doom 20 met een uitwendig oppervlak uit zirconium-oxide.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, omvattende het toepassen van een doom met een uitwendig oppervlak uit aluminium-oxide.

13. Samenstel omvattende elementen die door middel van de werkwijze volgens één der voorgaande conclusies aan elkaar zijn verbonden, met het kenmerk dat de breukrek van de verbinding tenminste 85% bedraagt van de breukrek van het materiaal waaruit de elementen bestaan.

14. Samenstel volgens conclusie 13, waarbij de breukrek van de verbinding tenminste 90% bedraagt van de breukrek van het materiaal waaruit de elementen bestaan. *10119 08