Alumiiniseosten kitkatappihitsaus

Abstract

Alumiini on toiseksi käytetyin materiaali teollisuudessa raudan ja teräksen jälkeen. Alumiiniseosten hitsaaminen perinteisillä hitsausmenetelmillä on kuitenkin haastavaa. Tämä johtuu alumiinin suuresta lämmönjohtavuudesta, pintaan muodostuvasta oksidikerroksesta sekä sen taipumuksesta huokosten syntyyn hitsausprosessin aikana, mikä vaikeuttaa laadukkaiden liitosten saavuttamista.

Tässä työssä perehdytään alumiinin ja sen seoksien kitkatappihitsaukseen. Työn tavoitteena on perehtyä alumiiniseoksien kitkatappihitsaukseen, menetelmän parametreihin ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Työssä käsitellään myös kitkatappihitsauksen liitoksien rajoituksia, työkalujen ominaisuuksia ja menetelmän virheitä. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksen muodossa, eikä siihen sisältynyt käytännön kokeita.

Työstä selvisi, että alumiinien kitkatappihitsaus on erinomainen vaihtoehto verrattuna sulahitsaukseen. Kitkatappihitsausliitoksilla on lujat sekä sitkeät liitokset ja sillä on mahdollista toteuttaa myös vaikeasti hitsattavien alumiinien liitoksia. Menetelmä on erityisen hyödyllinen alumiinille sen hitsausvirheiden vähäisyyden vuoksi sekä liitoksien erinomaisien mekaanisien ominaisuuksien takia. Työssä havaittiin myös, että menetelmässä esiintyvät rajoitteet, kuten työkalun poistoreikä ja mahdolliset pinnan virheet, voidaan hallita oikeilla prosessiparametreilla ja suunnitteluratkaisuilla. Kitkatappihitsaus osoittautui erityisen kilpailukykyiseksi menetelmäksi tilanteissa, joissa liitoksen laatu, lujuus ja toistettavuus ovat keskeisessä roolissa, kuten ajoneuvo- ja ilmailuteollisuudessa.

Aluminium is the second most widely used material in industry after iron and steel. However, welding aluminium alloys using traditional welding methods is challenging. This is due to aluminium alloys high thermal conductivity, the oxide layer that forms on its surface, and its tendency to form pores during the welding process, all of which make it difficult to achieve high-quality joints.

This thesis focuses on the friction stir welding (FSW) of aluminium and its alloys. The objective is to explore the friction stir welding of aluminium alloys, the parameters of the method, and the mechanical properties of the joints. The study also examines the limitations of FSW joints, tool characteristics, and potential welding defects. The work was carried out as a literature review and did not include practical experiments.

The study revealed that friction stir welding of aluminium is an excellent alternative compared to fusion welding. FSW joints are both strong and tough, and the method enables the joining of aluminium alloys that are otherwise difficult to weld. The technique is particularly advantageous for aluminium due to its low incidence of welding defects and the excellent mechanical properties of the joints. The study also found that limitations of the method, such as the exit hole left by the tool and potential surface defects, can be managed with appropriate process parameters and design solutions. Friction stir welding proved to be especially competitive in applications where joint quality, strength, and repeatability are critical, such as in the automotive and aerospace industries.