Investigation of Friction Stir Spot Welding Method

Abstract

The Friction Stir Spot Welding (FSSW) method is a derivative of the Friction Stir Welding (FSW) process, which is a new process that recently has received considerable attention from the automotive and other industries. In both methods, the joining mechanism is the same. However, there are several important differences between the applications. The most obvious difference FSSW than FSW that there is no translation of the tool in the vertical direction during the welding. The FSSW process consists of three phases of plunging, stirring and retraction with the FSSW tool similar to the FSW tool. The process is extremely simple. The appearance of the resulting weld resembles that of Resistance Spot Welding (RSW) commonly used for auto body * [e-mail]. Today’s primary welding process for auto body structure assembly the RSW process can be problematic for many new high performance light weight structural materials such as Al alloys and advanced high strength steels (AHSS). Therefore, FSSW process will replace RSW that is especially often used at automotive industry attracts attention as a new method. Studies by various researchers have shown quite the effect of tool geometry, tool rotation speed, tool penetration and dwell time on tensile failure load of the joint for this method.

Keywords

• Friction Stir Spot Welding, Tool, Friction Stir Welding, Resistance Spot Welding

Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynak Yönteminin İncelenmesi

Öz

Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynağı (SKNK) yöntemi, Sürtünme Karıştırma Kaynağı (SKK) yönteminden türetilmiş ve son zamanlarda sadece otomobil sektöründe değil aynı zamanda diğer endüstri kollarında da oldukça dikkat çeken yeni bir kaynak yöntemdir. Her iki yöntemde de birleştirme mekanizması aynıdır. Ancak aralarında uygulama farklılıkları vardır. SKNK yönteminin SKK yönteminden en belirgin farkı kaynak takımının düşey doğrultudaki hareketi dışında herhangi bir doğrultuda hareketi olmamasıdır. Yöntemin, SKK yönteminde kullanılan kaynak takımına benzer bir takımla, dalma, karıştırma ve geri çekilme olarak belirtilen üç kademeli son derece basit bir uygulaması vardır. SKNK yönteminde meydana gelen kaynağın görünüşü, otomobil gövdelerinin montajı için yaygın olarak kullanılan direnç nokta kaynağına (DNK) benzemektedir. Ancak, otomobil gövde montajı için ilk kaynak yöntemi olan DNK, birçok hafif ağırlıktaki yapı malzemeleri, örneğin alüminyum alaşımları ve ileri yüksek dayanımlı çelikler için problemler oluşturabilmektedir. Dolayısıyla, SKNK yöntemi özellikle otomotiv sanayisinde oldukça sık kullanılan DNK yönteminin yerini alabilecek yeni bir yöntem olarak dikkat çekmektedir. Çeşitli araştırmacıların çalışmaları, bu yöntem için takım geometrisinin dışında takım devir sayısı, takım dalma derinliği ve bekleme süresinin bağlantının çekme kuvveti üzerine oldukça etkisi olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynağı, Takım, Sürtünme Karıştırma Kaynağı, Direnç Nokta Kaynağı

References

1. Anık, S., Oğur, A., Vural, M., and Turan, H., (Ekim 2002). Direnç nokta kaynak elektrodu ömrünün deneysel analizi, Mühendis ve Makina, 513.
2. T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, (2007). Elektrik Direnç Kaynağı, Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi, Metal Teknolojisi, Ankara.
3. Feng, Z., Diamond, S., Santella, M. L., Pan, T. Y., and Li, N., (2004). High strength weight reduction materials-friction stir welding and processing of advanced materials, Oak Ridge National Laboratory Report DE-AC05-00OR22725, 101-108. Mitlin, D., Radmilovic, V., Pan, T., Chean, J., Feng, Z., and Santella, M., L., (2006). Structure properties relations in spot friction welded (also known as friction stir spot welding) 6111 aluminum, Mater. Sci. and Eng., 441, 79-96.
4. Dolby, R. E., Sanderson, A., and Threadgill, P. L., (2001). Recent Developments & Applications in Electron Beam and Friction Technologies, 7 th International Aachen Welding Conference, 3 rd /4 th May, TWI, UK.
5. Thomas, W. M., Nicholas, E. D., and Smith, S. D., (2001). Friction Stir Welding - Tool Developments, Aluminum Joining Symposium TMS Annual Meeting, 11-15 February, New Orleans, Lousisiana, USA.
6. Gerlich, A., Su, P., North,T. H., and Bendzsak, G. J., (2005). Friction stir spot welding of aluminum and magnesium alloys, Materials Forum 29, 290-294.
7. Awang, M., Mucino, V. H., Feng, Z., and David, S. A., (2005). Thermo-Mechanical Modeling of Friction Stir Spot Welding (FSSW) Process: Use of an Explicit Adaptive Meshing Scheme, SAE International, 2005-01-1251.
8. Dawes, J., Friction Stir Welding, (1999). The Welding Institute, Abington Hall, , Training in Aluminium Application Technologies Lecture 4410, Cambridge http://www.twi.co.uk/bestprac/datashts /fswintro.html, visit date: 1999.

9. Arıcı, A. A., and Sınmazçelik, T., (Mart-Nisan 2004). Plastiklerin kaynaklı birleştirme yöntemleri, PAGEV Plastik Dergisi, 124-133.
10. Sınmazçelik, T., and Arıcı, A. A., (Kasım-Aralık 2004). Polimer malzemelerin sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmesi, PAGEV Plastik Dergisi, 142-148.
11. Smith, C. B., Hinrichs, J. F., and Ruchl, P. C., (2006). Friction stir and friction stir spot welding, Friction Stir Link Inc, www.frictionstirlink.com, visit date: 21 March 2006.
12. Feng, Z., Santella, M. L., David, S. A., Steel, R. J., Packer, S. M., Pan, T., Kuo, M., and Bhatnagar, R. S., (2005). Friction Stir Spot Welding of Advanced High-Strength Steels-A Feasibility Study, Oak Ridge National Laboratory, SAE Technical Paper Series, 2005-011248, USA.
13. Mortimer, J., (2005). Jaguar Road Map rethinks self-piercing technology, Industrial Robot: An International Journal, 32(3), 209-213.
14. Kimberley, W., (November 2005). Joining up, Focus Manufacturing, 36.
15. Kawasaki Heavy Industries Ltd., (2006). A new method for light alloy joining - friction spot joining - kawasaki robot, Japan, www.kawasakirobot.com, visit date: 18 March 2006. Hinrichs, J., (2006). Friction Stir Spot Welding, Friction Stir Link Inc., www.frictionstirlink.com, visit date: 21 March 2006
16. Mert, Ş., and Arıcı, A., (2011). Design of optimal joining for friction stir spot welding of polypropylene sheets, Science and Technology of Welding and Joining, 16(6), 522-527.
17. Lathabai, S., Painter, M. J., Cantin, G. M. D., and Tyagi, V. K., (2006). Friction spot joining of an extruded Al-Mg-Si alloy, Scripta Materialia, 55, 899-902.
18. Gerlich, A., Su, P., and North, T. H., (2005). Tool penetration during friction stir spot welding of Al and Mg alloys, Journal of Materials Science, 40, 6473-6481.
19. Zhang, Z., Yang, X., Zhang, J., Zhou, G, Xu, X., and Zou, B., (2011). Effect of welding parameters on microstructure and mechanical properties of friction stir spot welded 5052 aluminum alloy, Materials and Design, 32, 4461-4470
20. Arıcı, A., and Mert, Ş., (2008). Friction stir spot welding of polypropylene, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 27, 2001-2004.
21. Yusof, F., Miyashita, Y., Seo, N., Mutoh, Y., and Moshwan, R. (2012). Utilising friction spot joining for dissimilar joint between aluminium alloy (A5052) and polyethylene terephthalate, Science and Technology of Welding and Joining, 17, 544-549.
22. Bilici, M., K., and Yukler, A., İ., (2012). Effects of welding parameters on friction stir spot welding of high density polyethylene sheets, Materials and Design, 33, 545-550
23. Bilici, M., K., and Yukler, A., İ., (2012). Influence of tool geometry and process parameters on macrostructure and static strength in friction stir spot welded polyethylene sheets, Materials and Design, 2012, 33, 145-152