Hapettoman kuparin kitkahitsaus
Holopainen, Ville (2019)
Diplomityö
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019062621986
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019062621986
Tiivistelmä
Tässä työssä tutkitaan jatkuvatoimisen kitkahitsauksen soveltuvuutta kuparisen konstruktion valmistustavaksi. Kirjallisuudesta löytyy vain niukasti tietoa kuparin kitkahitsauksesta sekä kohteena olevan liitosmuodon kitkahitsauksesta.
Työn kirjallisuuskatsauksessa selvitetään kitkahitsausprosessin ominaisuuksia, metallien kitkahitsattavuutta sekä kuparin hitsattavuutta. Koeosuudessa hitsauskokeet suoritettiin jatkuvatoimisella kitkahitsausprosessilla. Kokeissa sovellettiin sylinterimäistä liitosmuotoa, jolla on saavutettu hyviä tuloksia teräksisen konstruktion valmistuksessa. Koekappaleita hitsattiin yhteensä 10 kappaletta. Hitsatuille kappaleille tehtiin silmämääräinen tarkastus ja mikrohietutkimukset liitoksen onnistumisen todentamiseksi.
Kokeissa havaittiin tutkitun liitosmuodon olevan haastava kuparin kitkahitsauksessa. Haasteena on materiaalin liiallinen lämpeneminen hitsauksen aikana, jolloin hitsautuminen keskeytyy ja materiaali työntyy ulos liitoksesta. Liitos hitsautui kohdasta, missä kappaleet aluksi koskettivat toisiaan. Tangon kärki pysähtyi paikoilleen varren myötäämisen vuoksi, jolloin liitoksen keskikohta jäi hitsautumatta.
Saatujen tulosten perusteella hitsauskokeita tulisi jatkaa inertiakitkahitsausprosessilla sen merkittävästi erilaisten ominaisuuksien vuoksi. Kokeet tulisi myös toistaa suuremmassa mittakaavassa ja niissä tulisi testata erilaisen materiaaliseostuksen vaikutusta hitsautumiseen. In this thesis the suitability of continuous drive friction welding process to produce a copper construction is studied. There is only a limited amount of previous studies in the literature about the friction welding of copper and the friction welding of the examined joint geometry.
The literature section of the thesis explains the properties of the friction welding process, the friction weldability of metals and the weldability of copper. In the experimental part, the welding experiments were performed by a continuous drive friction welding process. In the experiments, a cylindrical joint geometry was adapted, which has previously achieved good results in the manufacture of a steel construction. A total of 10 specimens were welded. Visual inspection and microscopic examinations of the welds were performed to verify the success of the joint.
In the experiments, the examined joint geometry was found to be challenging in the friction welding of copper. There was excessive heating of the material during welding, which lead to interruption of the welding process, and the material protruded out of the joint. A weld was formed at the point of the joint where the pieces initially touched each other. The tip of the rod stopped in position due to the yield of the rod, thus the centre of the joint was not welded.
Based on the results obtained, the welding tests should be continued with inertial friction welding process due to its significantly different properties. The tests should also be repeated on a larger scale and test the effect of different alloying of the materials on welding.
Työn kirjallisuuskatsauksessa selvitetään kitkahitsausprosessin ominaisuuksia, metallien kitkahitsattavuutta sekä kuparin hitsattavuutta. Koeosuudessa hitsauskokeet suoritettiin jatkuvatoimisella kitkahitsausprosessilla. Kokeissa sovellettiin sylinterimäistä liitosmuotoa, jolla on saavutettu hyviä tuloksia teräksisen konstruktion valmistuksessa. Koekappaleita hitsattiin yhteensä 10 kappaletta. Hitsatuille kappaleille tehtiin silmämääräinen tarkastus ja mikrohietutkimukset liitoksen onnistumisen todentamiseksi.
Kokeissa havaittiin tutkitun liitosmuodon olevan haastava kuparin kitkahitsauksessa. Haasteena on materiaalin liiallinen lämpeneminen hitsauksen aikana, jolloin hitsautuminen keskeytyy ja materiaali työntyy ulos liitoksesta. Liitos hitsautui kohdasta, missä kappaleet aluksi koskettivat toisiaan. Tangon kärki pysähtyi paikoilleen varren myötäämisen vuoksi, jolloin liitoksen keskikohta jäi hitsautumatta.
Saatujen tulosten perusteella hitsauskokeita tulisi jatkaa inertiakitkahitsausprosessilla sen merkittävästi erilaisten ominaisuuksien vuoksi. Kokeet tulisi myös toistaa suuremmassa mittakaavassa ja niissä tulisi testata erilaisen materiaaliseostuksen vaikutusta hitsautumiseen.
The literature section of the thesis explains the properties of the friction welding process, the friction weldability of metals and the weldability of copper. In the experimental part, the welding experiments were performed by a continuous drive friction welding process. In the experiments, a cylindrical joint geometry was adapted, which has previously achieved good results in the manufacture of a steel construction. A total of 10 specimens were welded. Visual inspection and microscopic examinations of the welds were performed to verify the success of the joint.
In the experiments, the examined joint geometry was found to be challenging in the friction welding of copper. There was excessive heating of the material during welding, which lead to interruption of the welding process, and the material protruded out of the joint. A weld was formed at the point of the joint where the pieces initially touched each other. The tip of the rod stopped in position due to the yield of the rod, thus the centre of the joint was not welded.
Based on the results obtained, the welding tests should be continued with inertial friction welding process due to its significantly different properties. The tests should also be repeated on a larger scale and test the effect of different alloying of the materials on welding.