Projektinitiativ #102: Sammanfogning stål till stål med FSW

Friction Stir Welding (FSW) är en förhållandevis ny sammanfogningsmetod med ett flertal fördelar i förhållande till andra termiska metoder, bl.a. liten värmepåverkad zon (HAZ) med begränsade strukturomvandlingar som i sin tur resulterar i minskade restspänningar, minimal porbildning och ofta försumbara termiska deformationer. Man har under de senaste årtionden lyckats väl med att sammanfoga förhållandevis lågsmältande material som magnesium- och aluminiumlegeringar. Omfattande studier har även visat att kopparlegeringar och högren koppar väl kan sammanfogas med aktuell metod, även i grova godsdimensioner. I dessa applikationer har främst verktyg av hårdmetall varit mest framgångsrika. Teoretiskt har dessa processer väl kunnat simuleras m.h.a. FEM, dock med en hel del antagna materialdata.

Lanny Kirkhorn presenterar initiativ #102 på programkonferensen Metalliska material 2017

Parallellt med ovan nämnda material har man i internationell forskning försökt sammanfoga stållegeringar med FSW. Under gynnsamma omständigheter har detta tekniskt fungerat väl men till icke försvarbara kostnader. Verktygslivslängden har blivit mycket kort p.g.a. den samtidigt mycket höga mekaniska och termiska belastningen, vilken också resulterar i accelererande kemisk nedbrytning av verktyget. Även avancerade verktygsmaterial baserade på superhårda faser som cBN har provats med nedslående resultat.

TWI (The Welding Institute) i Cambridge, uppfinnare av metoden FSW 1991, har uppmärksammat den forskning som bedrivs vid Lunds universitet inom ramen för projektet Flintstone (Horizon 2020) där framtagning sker av nya verktygsmaterial för skärande bearbetning bl.a. baserade på olika cBN-system. De nya verktygsmaterialen tillverkas inom projektet med högtrycksfysik och baseras på icke kritiska råvaror, s.k. nonCRM. Ett informellt samarbete har etablerats med TWI inom området FSW. Frågeställningarna vid FSW är likartade dem som finns inom skärande bearbetning. Forskargruppen i Lund har via kontrollerade kemiska reaktioner mellan verktyg och arbetsmaterial kunnat bygga upp ett s.k. TPL (Tool Protection Layer) som kan skydda verktygets kemiska degradering och därmed öka verktygslivslängden särskilt på cBN-baserade verktygsmaterial.

Vårt mål är att skapa ett projekt via en förstudie tillsammans med andra parter för att undersöka dessa nya förutsättningar och angreppssätt för att sammanfoga stål till stål genom FSW.

Kontaktpersoner:
Docent Aylin Ahadi,
Docent Volodymyr Bushlya,
Professor Jan-Eric Ståhl,

Namn Jan-Eric Ståhl
Organisation Lunds universitet