Comparison of FSW, MIG and TIG welding technologies in aluminium butt joint configuration

Abstract

Master's thesis is part of the LUT Welding Technology Laboratory's AluWeld project funded by Business Finland. Master's thesis compares FSW, MIG and TIG welding processes for a butt joint configuration with a plate thickness of 4mm. The materials are aluminum; 5083 H111, 5754 H111 and H22 and 6082 T651. The welding filler materials are 4043 and 5356. The welding equipment in MIG technology is Kemppi X5 FastMig, with AX MIG 500 Pulse+ control, The welding movement in MIG welding is implemented with a Motoman TRDS-1950 welding robot. TIG technology uses Arcline® PP welding nozzle, Kemppi MasterTig 535ACDC GM as power source, The welding movement in TIG welding is implemented with a mechanized PEMA 3X3 welding boom.

Welding technologies are analysed and compared based on productivity, welding quality and mechanical and metallurgical results. MIG technology is significantly more productive in terms of the amount of welding filler metal. The welding quality was good in all technologies, SFS-EN ISO 10042 was fulfilled in terms of visual quality, TIG technology is significantly better due to the very smooth and especially repetitive weld surface. In mechanical properties, a decrease in tensile strength, yield strength and elongation were observed for each material, The least tensile strength reduction was observed in TIG welded 5083 H111 and the 5754 H111 MIG welded pieces showed retention of tensile strength and elongation. FSW welded 5754 H111 had the largest reduction in properties. Only 5754 H111 and 5083 H111 passed the bend test. The most significant difference in metallurgical properties is observed in the width of the HAZ. The HAZ in TIG weld is more than two times wider than in the MIG weld.

Diplomityö on osa LUT Hitsaustekniikan laboratorion, Business Finland -rahoitteista AluWeld -projektia. Diplomityössä verrataan FSW, MIG ja TIG hitsausprosesseja päittäisliitokselle levypaksuuden ollessa 4mm. Perusaineita ovat alumiinit; 5083 H111, 5754 H111 ja H22 sekä 6082 T651. Hitsauslisäaineina ovat 4043 sekä 5356. MIG teknologiassa hitsauslaitteistona on Kemppi X5 FastMig, jossa AX MIG 500 Pulse+ kontrolli. Hitsausliike MIG hitsauksessa on toteutettu Motoman TRDS-1950 hitsausrobotilla. TIG teknologiassa käytetään Arcline® PP hitsaussuutinta, virtalähteenä Kemppi MasterTig 535ACDC GM. Hitsausliike TIG hitsauksessa toteutettu mekanisoidulla PEMA 3X3 hitsauspuomilla.

Hitsausteknologioita analysioidaan ja vertaillaan tuottavuuden, hitsauslaadun sekä mekaanisten ja metallurgisten tulosten perusteella. Tuottavuus on MIG teknologialla merkittävästi parempi hitsauslisäaineen määrällä mitattuna. Hitsauslaatu oli kaikissa teknologioissa hyvä täyttäen SFS-EN ISO 10042 kriteerit, visuaalisen laadun osalta TIG teknologia on merkittävästi parempi johtuen hyvin tasaisesta pinnasta. Myötölujuuden, murtolujuuden ja venymän alenemaa havaittiin jokaisella materiaalilla, merkittävin alenema havaittiin 5754 H22 sekä 6082 T651 materiaaleilla molemmilla teknologioilla. Vähäisin vetolulujuuden alenema oli TIG hitsatulla 5083 H111 laadulla ja MIG teknologialla hitsatulla 5754 H111 laadulla havaittavissa oli myötölujuuden ja venymän säilyminen. FSW teknologialla hitsatulla 5754 H111 oli suurin ominaisuuksien alenema. Taivutukokeen läpäisivät ainoastaan 5754 H111 sekä 5083 H111. Metallurgisissa ominaisuuksissa merkittävin ero on havaittavissa HAZ alueen leveydessä. TIG hitsissä on yli kaksi kertaa leveämpi HAZ kuin MIG hitsissä.