Effects Weld Strength of Tool Pin Geometry on Friction Stir Spot Welding of High Density Polyethylene Sheets

Abstract

The effect of tool pin geometry on static strength in friction stir spot welds of high density polyethyelene sheets was studied. Four different tool pin profiles (straight cylindrical, tapered cylindrical, threaded cylindrical and triangular) with different sizes, pin angles and pin lengths were used to fabricate the joints. All the welding operations were done at the room temperature. Lap-shear tests were carried out to find the weld static strength. Weld cross section appearance observations and the welding force measurements were also done. From the experiments the effect of pin profile, pin length, pin angle and pin size on friction stir spot welding formation and weld strength were determined.

Keywords

• Friction stir spot welding, friction stir welding, friction stir spot welding tool, polyethylene welding, plastics friction stir spot welding

Yüksek Yoğunluklu Polietilen Levhaların Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynağında Kaynak Ucu Geometrisinin Kaynak Mukavemetine Etkisi

Abstract

Bu çalışmada yüksek yoğunluklu polietilen levhaların sürtünme karıştırma nokta kaynak birleştirilmesinde kullanılan takımın uç geometrisinin kaynak kopma kuvvetine etkileri incelenmiştir. Dört farklı uç profili ( silindirik, konik, vida dişi açılmış silindirik ve üçgen ), koniklik açısı, kesit boyutu ve uç uzunluğuna sahip takımlarla oda sıcaklığında kaynak yapılmıştır. Bütün kaynaklarda aynı kaynak parametreleri kullanılmıştır. Kaynak kopma kuvveti çekme makaslama deneyi ile tespit edilmiştir. Kaynak esnasında oluşan kuvvet ölçümü ve dikişlerin kesit incelemesi yapılmıştır. Takım uç profilinin, uç uzunluğunun, uç kesit boyutunun ve koniklik açısının polietilen SKNK birleştirme özellikleri üzerindeki etkileri tespit edilmiştir.

Keywords

• Sürtünme karıştırma nokta kaynağı, sürtünme karıştırma kaynağı, sürtünme karıştırma, nokta kaynak takımı, polietilenin kaynağı, plastiklerin sürtünme karıştırma nokta kaynağı

References

1. Kaluç, E., Taban, E., (2007). Sürtünen Eleman ile Kaynak (FSW) Yöntemi, (Sürtünme Karıştırma Kaynağı)” (Friction Stir Welding), TMMOB MMO Yayını, 460 739.
2. Fujimoto, M., Koga, S., Abe, N., Sato, Y.S., Kokawa, H. (2009). Microstructural analysis of the stir zone of Al alloy produced by friction stir spot welding. Weld. Inter., 23 (6), 403
3. Yin, Y.H., Sun, N., North, T.H., Hu, S.S. (2010). Hook formation and mechanical properties in AZ31 friction stir spot welds. J. Mater. Proc. Technol., 210 (14), 2062-2070.
4. Khan, M.I., Kuntz, M.L., Su, P., Gerlich, A., North, T., Zhou, Y. (2007). Resistance and friction stir spot welding of DP 600: A comparative study. Sci. Technol. Weld. Joining., 12, 182.
5. Mishra, R.S., Ma, Z.Y. (2005). Friction stir welding and processing. Mater. Sci. Eng., 50, 78.
6. Awang, M., Mucino,V.H., Feng, Z., David, S.A. (2005). Thermo-mechanical modeling of friction stir spot welding(FSSW) process: Use of an explicit adaptive meshing scheme”, SAE Inter. Paper., 01, 1251-1256.
7. Yang, Q., Mironov, S., Sato, Y.S., Okamoto, K. (2010). Material flow during friction stir spot welding. Mater. Sci. Eng. A., 527 (169) 4389-4398.
8. Bozzi, S., Helbert, A.L., Baudin, T., Klosek, V., Kerbiguet, J.G., Criqui, B. (2010).

9. Influence of FSSW parameters on fracture mechanisms of 5182 aluminium welds. J. Mater. Proc. Technol., 210, 1429-1435.
10. Kaluç, E., Taban, E. (2007). Otomotiv endüstrisinde direnç nokta kaynağına alternatif yeni bir yöntem: Sürtünen elemanla nokta kaynağı (FSSW). Kaynak Teknolojisi VI. Ulusal
11. Kongresi, Bildiriler Kitabı, 51- 62, Ankara. Gerlich, A., Su, P., North, T.H., Bendzsak, G.J. (2005). Friction stir spot welding of aluminum and magnesium alloys. Mater. Forum., 29, 290-294.
12. Kulekçi, M.K., Şık, A., Kaluç, E. (2008). Effects of tool rotation and pin diameter on fatigue properties of friction stir welded lap joints. Inter. J. Advance Manuf. Technol., 36, 882,.
13. Vijay, SJ., Murugan, N. (2010). Influence of tool pin profile on the metallurgical and mechanical properties of friction stir welded Al–10 wt.% TiB2 metal matrix composite. Mater. Des., 31, 3585-3589.
14. Tozaki, Y., Uematsu, Y., Tokaji, K. (2007). Effect of tool geometry on microstructure and static strength in friction stir spot welded aluminium alloys. Inter. J. Machine Tools Manuf., 47, 2230-2236.
15. Chowdhury, S. M., Chen, D.L., Bhole, S.D., Cao, X. (2010). Effect of pin tool thread orientation on fatigue strength of friction stir welded AZ31B-H24 Mg butt joints. Procedia Eng., 2, 825-833.
16. Hirasawa, S., Badarinarayan, H., Okamoto, K., Tomimura, T., Kawanami, T. (2010).
17. Analysis of effect of tool geometry on plastic flow during friction stir spot welding using particle method. J. Mater. Proc. Technol., 210, 455-1463.
18. Elangovan, K., Balasubramanian, V. (2008). Influences of tool pin profile and tool shoulder diameter on the formation of friction stir processing zone in AA6061 aluminium alloy. Mater. Des., 29, 362-373.
19. Hattingh, D.G., Blignault, C., Van Niekerk, T.I., James M.N. (2008). Characterization of the influences of FSW tool geometry on welding forces and weld tensile strength using an instrumented tool., J. Mater. Proc. Technol., 203, 46-57.
20. Kaluç, E., Kahraman, B., Coşkun, M.H. (2009). W-5754 Alüminyum alaşımının direnç nokta kaynak (RSW) ve sürtünme karıştırma nokta kaynak (FSSW) yöntemleri ile birleştirilmesi ve bağlantı özeliklerinin incelenmesi, 4.Alüminyum Sempozyumu, TMMOB
21. Metalurji Mühendisleri Odası, Bildiriler Kitabı, 235- 244, İstanbul. Tozaki, Y., Uematsu, Y., Tokaji, K. (2007). Effect of processing parameters on static strength of dissimilar friction stir spot welds between different aluminium alloys. Fatigue
22. Fracture Eng. Mater. Structures., 30, 143-148. Badarinarayan, H., Shi, Y., Li, X., Okamoto, K. (2009). Effect of tool geometry on hook formation and static strength of friction stir spot welded aluminum 5754-O sheets”, Inter. J.
23. Machine Tools Manuf., 49, 814-823. Badarinarayan, H., Yang, Q., Zhu, S. (2009). Effect of tool geometry on static strength of friction stir spot welded aluminum alloy. Inter. J. Machine Tools Manuf., 49, 142-148.
24. Kahraman, B. (2009). Otomotiv endüstrisinde kullanılan 5754 alüminyum alaşımısacların direnç nokta Kaynağı (RSW) ve sürtünme karıştırma nokta kaynağı (FSSW) yöntemleri ile birleştirilmesi, KOÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
25. Arıcı, A., Sınmaz, T. (2005). Effect of double passes of the tool on friction stir welding of Polyethylene. J. Mater. Sci., 40, 3313-3316.
26. Arıcı, A., Şelale, S. (2007). Effects of tool tilt angle on tensile strength and fracture locations of friction stir welding of polyethylene. Sci. Technol. Weld. Joining., 12, 536-539.
27. Squeoi, E.A., Brunoi, G., Guglielmott, A., Quadrini, F. (2009). Friction stir welding of polyethylene sheets”, The Annals of Dunarea de Jos University of Galati, Technol. Machine Building, 5, 241-246.
28. Aydın, M. (2010). Effects of welding parameters and preheating on the friction stir welding of UHMW-polyethylene”, Polymer-Plastics Technol. Eng. 49, 595- 601.
29. Arıcı, A., Mert, S. (2008). Friction stir spot welding of polypropylene. J. Reinf. Plastics and Compos., 1, 1-4.
30. Oliveria, P.H.F., Filho, S.T.A., Santos, J.F., Hage, E., (2010). Preliminary study on the feasibility of friction spot welding in PMMA. Mater. Lett., 64, 2098-2101.
31. Bilici M.K., Yükler, A.I., Kurtulmuş, M., (2011). The optimization of welding parameters for friction stir spot welding of high density polyethylene sheets. Mater. Des., 32, 4079.
32. Santella, M.L., Grant, G.J., Feng, Z., Hovanski, Y., (2006). Friction stir spot welding of advanced high strength steel. FY Progress Report, Oak Ridge National Laboratory, USA.
33. Costa, H.M., Ramos, V.D., Rocha, M.C.G. (2005). Rheological properties of polypropylene during multiple extrusion. Polymer Testing., 24, 86-93.
34. Smith, A.P., Spontek, R.J., Ade, H. (2001). On the similarity of macromoleculer responses to high energy processes: mechanical milling v.s. irradiation. Polymer Degradation Stability., 72, 519-524.
35. Capone, C., Landro, L.D., Inzoli, F., Penco, M., Sartore, L. (2007). Thermal and mechanical degradation during polymer extrusion processing. Polymer Eng. Sci., 47, 1813
36. Gan, Y.X., Solomon, D., Reinbolt, M. (2010). Friction stir processing of particle reinforced composite materials. Mater.3, 329-350.