FSW- ja laserhitsausprosessin soveltaminen metallimateriaalien päittäisliittämiseen

Abstract

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää FSW- ja laserhitsausprosessin soveltuvuutta metallimateriaalien päittäisliittämisessä hitsattavuus, tuottavuus ja laatu näkökulmista. FSW- ja laserhitsausprosessin käyttö on lisääntynyt erityisesti korkeaa laatua tai tuottavuutta vaativissa sovelluksissa, mikä tekee aiheesta ajankohtaisen. FSW- ja laserhitsausprosessin mahdollisuuksia, rajoitteita ja eroja ei ole vertailtu aiemmin, minkä vuoksi tämän työn tavoitteena on luoda kattava vertailu näiden hitsausprosessien välillä ja vertailun avulla löytää parempi menetelmä eri hitsaus kohteille.

Työ on kirjallisuuskatsaus ja useiden lähteiden avulla on koottu laaja katsaus hitsausprosesseilla saavutettavasta hitsattavuudesta, tuottavuudesta ja laadusta eri teräksillä, alumiineilla ja titaaneilla.

Kirjallisuuskatsauksen perusteella laserilla voidaan hitsata laajemmin eri paksuisia teräksiä ja FSW:llä puolestaan laajemmin eri paksuisia alumiineja. Titaaniseoksilla laser mahdollistaa hieman ohuempien ja FSW puolestaan paksumpien titaaniseoksien hitsaamisen. Laserhitsaus osoittautui lähes aina nopeammaksi hitsausprosessiksi kaikilla metallimateriaaleilla ja paksuuksilla. FSW:llä saavutetaan laadukkaampi lopputulos ruostumattomilla teräksillä, 2xxx-, 5xxx- ja 7xxx-sarjan alumiineilla. Laserilla saavutetaan laadukkaampi lopputulos ei ruostumattomilla teräksillä ja 6xxx-sarjan alumiineilla. Titaaniseoksilla molemmilla hitsausprosesseilla saavutetaan erittäin korkea laatu. Laserilla on mahdollista hitsata geometrisesti monimutkaisia kappaleita, kun taas FSW:tä käytetään toistaiseksi pääasiassa suorien ja kaarevien kappaleiden hitsaukseen.

The aim of this bachelor's thesis is to examine the suitability of the FSW and laser welding processes for butt joining of metallic materials from the perspectives of weldability, productivity, and quality. The use of FSW and laser welding has increased especially in applications requiring high quality or productivity, which makes the topic current. The possibilities, limitations, and differences of the FSW and laser welding processes have not been previously compared, which is why the goal of this thesis is to create a comprehensive comparison between these welding processes and, through this comparison, identify the more suitable method for different welding applications.

This work is a literature review, and with the help of several sources, a broad overview has been compiled of the weldability, productivity, and quality achievable with these welding processes for various steels, aluminum alloys, and titanium alloys.

Based on the literature review, laser welding can be used for a wider range of steel thicknesses, whereas FSW is more suitable for a wider range of aluminum thicknesses. With titanium alloys, laser welding enables the joining of slightly thinner sections, while FSW is more suitable for welding thicker titanium sections. Laser welding was found to be the fastest welding process in almost all cases for all metals and thicknesses. FSW achieves better quality with stainless steels and 2xxx, 5xxx, and 7xxx series aluminum alloys. Laser welding achieves better quality with non-stainless steels and 6xxx series aluminum alloys. For titanium alloys, both welding processes produce extremely high-quality welds. Laser welding enables the joining of geometrically complex parts, whereas FSW is currently used for welding straight and curved components.