Critical analysis of the welding parameters by friction stir welding of polymeric materials

Abstract

The work presented here corresponds to a bibliographic review on the union of polymeric materials by friction stir welding (FSW), with special focus on the analysis of the different parameters involved in this welding process.Due to the greater difficulty in obtaining strong joints with the conventional FSW method in polymeric materials, new tools and changes on the original process were developed, which were also presented and explained in this work.The main focus of this work was on the study of the influence of the different parameters on the quality of the welding, so that as much information as possible was gathered regarding the optimal values for each parameter and the way in which its variation affected the performance of the process.The studied parameters were the rotational speed, the welding speed, the axial force, the plunge depth, the tilt angle, the geometry and the size of the different components of the tool and also the heating and preheating temperatures of the tool and of the material.The comparison between the results obtained by the different researchers revealed that the optimal value for each parameter is dependent on too many factors and that, therefore, it is impossible to point to specific values. Based on the information collected in the literature on the joining of polymeric materials by FSW, the concentration of the optimum values was found for rotational speed between 300 and 3000 rpm, welding speed between 10 and 105 mm/min , axial force between 950 and 1500 N, plunge depth between 0.5 and 1.2 mm, tilt angle between 1º and 2º and heating temperature between 45 and 177ºC. It was also found that in most cases, the threaded pin tool led to better welds, as well as the use of stationary shoulder tools

O trabalho aqui apresentado corresponde a uma revisão bibliográfica sobre a união de materiais poliméricos recorrendo à soldadura por fricção linear (FSW), com especial foco na análise dos diferentes parâmetros envolvidos neste processo de soldadura.Pela maior dificuldade em obter ligações fortes com o método de FSW convencional em materiais poliméricos, foram desenvolvidas novas ferramentas e sugeridas alterações ao processo original, as quais também foram apresentadas e explicadas neste trabalho. O grande foco deste trabalho centrou-se no estudo da influência dos diferentes parâmetros na qualidade da soldadura, pelo que se tentou reunir o máximo de informação relativa aos valores ótimos para cada parâmetro e avaliar a forma de como a sua variação afetou o desempenho do processo. Os parâmetros estudados foram a velocidade de rotação, a velocidade de soldadura, a força axial, a profundidade de penetração, o ângulo de ataque, a geometria e o tamanho dos diferentes componentes da ferramenta e ainda a temperatura de aquecimento e pré-aquecimento da ferramenta e do material.A comparação entre os resultados obtidos pelos diferentes investigadores revelou que o valor ótimo para cada parâmetro está dependente de demasiados fatores e que por isso, é impossível apontar valores específicos. Com base na informação recolhida da literatura sobre a união de materiais poliméricos por FSW, verificou-se a concentração dos valores ótimos de velocidade de rotação entre 300 e 3000 rpm, de velocidades de soldadura entre 10 e 105 mm/min, de força axial entre 950 e 1500 N, de profundidades de penetração entre 0.5 e 1.2 mm, de ângulo de ataque entre 1º e 2º e de temperaturas de aquecimento entre 45 e 177ºC. Também se verificou que na maioria dos casos a ferramenta de pino roscado permitiu a obtenção de melhores soldaduras, assim como a utilização de bases estacionárias.