Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Three-dimensional friction stir welding of Iconel 718 using the ESAB Rosio FSW-robot
Högskolan Väst, Institutionen för ingenjörsvetenskap, Avd för elektro- och automationsteknik. (PTW)ORCID-id: 0000-0001-9553-7131
ESAB Welding AB .
2013 (engelsk)Inngår i: Trends in Welding Research: Proceedings of the International Conference on Trends in Welding Research, June 4-8, 2012, Hilton Chicago/Indian Lakes ResortChicago, Illinois, USA / [ed] Tarasankar DebRoy, Stan A. David, John N. DuPont, Toshihiko Koseki, Harry K. Bhadeshia, Ohio: ASM International, 2013, s. 829-833Konferansepaper, Publicerat paper (Fagfellevurdert)
Abstract [en]

Robotic Friction Stir Welding (FSW) facilitates for increased welding flexibility, and allows for studies of forces in three dimensions without having the high cost of a stiff 5-axes FSW machine. Recent developments in tool materials and welding equipment motivate this study on FSW of high-strength alloys by a robot in a three dimensional workspace. New concepts of aircraft engines suggest higher temperatures to increase engine efficiency, requiring more durable materials such as the nickel-based alloy 718. The ESAB Rosio (TM) FSW robot, used in this study, can deliver up to 15kN downforce and 90Nm torque. This is sufficient for welding high-strength alloys of limited thickness. This study focuses on the process forces during friction stir welding of Inconel 718 with thickness up to 3mm in butt-joint configuration. A newly developed threaded Poly-Crystalline Boron Nitride (PCBN) tool with convex shoulder is used in a local argon-shielded atmosphere. Initial tests are performed in a stiff FSW machine in position controlled mode. The measured process forces in position control are later on used as parameters on the force-controlled robot. Different backing bar materials are investigated with the aim to decrease the risk of root defects. Tool steel and regular inconel backing bars are proven to be too soft for this purpose and alternatives are suggested. The optimal welding parameters are tuned to combine a good weld quality with the process forces that can be obtained by the robot. Preheating is used to further decrease the need of high process forces.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Ohio: ASM International, 2013. s. 829-833
Emneord [en]
Friction stir welding, robot, nickel alloy, Inconel 718, force control, pre-heating, backing bar
HSV kategori
Forskningsprogram
TEKNIK, Produktions- och materialteknik; Produktionsteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:hv:diva-4468ISI: 000325662400115Scopus ID: 2-s2.0-84880692600ISBN: 9781627089982 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:hv-4468DiVA, id: diva2:537629
Konferanse
Trends in Welding Research Conference. Chicago, IL, USA, 4th to 6th of June 2012
Tilgjengelig fra: 2012-06-27 Laget: 2012-06-27 Sist oppdatert: 2020-02-25bibliografisk kontrollert
Inngår i avhandling
1. Robotic Friction Stir Welding for Flexible Production
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Robotic Friction Stir Welding for Flexible Production
2012 (engelsk)Licentiatavhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

Friction Stir Welding (FSW) is a modern welding process that joins materials by frictional heat, generated by a rotating tool. Unlike other welding processes, the material never melts, which is beneficial for the weld properties. FSW is already widely adopted in several industries but the applications are limited to simple geometries like straight lines or circular welds, mostly in aluminium. The welding operation is performed by rigid FSW machines, which deliver excellent welds but puts limitations on the system in terms of flexibility and joint geometries. Therefore, several research groups are working on the implementation of the FSW process on industrial robots. A robot allows welding of three-dimensional geometries and increases the flexibility of the whole system. The high process forces required for FSW, in combination with the limited stiffness of the robot brings some extra complexity to the system.  The limitations of the robot system are addressed in this licentiate thesis.

One part of the thesis studies the effect of robot deflections on the weld quality. A sensor-based solution is presented that measures the path deviation and compensates this deviation by modifying the robot trajectory. The tool deviation is reduced to an acceptable tolerance and root defects in the weld are hereby eliminated. The sensor-based method provided better process understanding, leading to a new strategy that uses existing force-feedback for path compensations of the tool. This method avoids extra sensors and makes the system less complex. Another part of this work focuses on the extra complexity to maintain a stable welding process on more advanced geometries. A model is presented that allows control of the heat input in the process by control of the downforce. Finally, the robot’s limitations in terms of maximal hardness of the materials to be welded are investigated. Parameter tuning and implementation of preheating are proposed to allow robotic FSW of superalloys.

Abstract [sv]

Friction Stir Welding eller ”friktionsomrörningssvetsning” är en svetsprocess som kräver ett roterande verktyg som genom friktionsvärme får materialet att mjukna. Verktyget blandar runt det plastiska materialet mekaniskt och skapar en fog av hög kvalité. Processen fungerar utan gas, utan rök, utan tillsatsmaterial och utan att smälta materialet. Alla dessa fördelar skapar stort industriellt intresse inom flera branscher. Idag används tekniken nästan uteslutande i styva maskiner som svetsar raka eller cirkulära fogar och framförallt för aluminium. Eftersom processen kräver stora krafter mellan material och verktyg är det svårt att implementera processen på en robot. En robot möjliggör svetsning av tredimensionella geometrier och ökar dessutom flexibiliteten.  Flera forskargrupper runt i världen har tagit fram en fungerande FSW robot som kan svetsa tunn lättviksmaterial som aluminium med hög kvalitet. Användningen i industrin av FSW robotar är däremot obefintlig och det finns ett antal anledningar till det. Först är roboten vek vilket gör att verktyget kan missa svetsfogen i hårda material och svetsdefekter kan uppstå. En annan anledning är at det inte finns en användbar automatiserad processtyrning tillgänglig, mest för att FSW är en robust process och inte kräver en avancerad styrning vid svetsning av raka fogar.

De praktiska arbeten som redovisas i denna licentiatuppsats är huvudsakligen utförda i en robotiserad FSW-demonstrator på Högskolan Väst. FSW-roboten är en modifierad industrirobot som är försetts med spindel och kraftåterkoppling för att styra kraften som roboten applicerar på arbetsstycket.

Detta arbete har identifierat ett antal problem som behöver lösas för att få en robust robotiserad FSW process i en flexibel produktionsmiljö. I denna licentiatrapport beskrivs en lösning hur en typ av svetsdefekter kan förhindras genom en sensorbaserad bankompensering. Både en kamera- och lasersensor-baserad mätmetod presenteras. En annan bankompenseringsstrategi är beskriven, som använder kraftsensorn från befintlig kraftåterkoppling istället för att lägga till extra sensor. Denna strategi kan utvecklas till en komplett utböjningsmodell på roboten i hela arbetsområdet. Robotens begränsningar gällande svetsbarhet av hårda material har undersökts och med hjälp av parameteroptimering och förvärmning kan även hårda nickelbaserade legeringar svetsas med roboten.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Lund: Lund University, 2012. s. 141
Emneord
Friction Stir Welding, Automation, Robotics, Aluminium, Lightweight design
HSV kategori
Forskningsprogram
TEKNIK, Industriell arbetsvetenskap; TEKNIK, Mekatronik
Identifikatorer
urn:nbn:se:hv:diva-4429 (URN)978-91-7473-342-6 (ISBN)
Presentation
2012-06-15, C118, Högskolan Väst, Trollhättan, 17:10 (engelsk)
Opponent
Veileder
Prosjekter
StiRoLight
Tilgjengelig fra: 2012-06-27 Laget: 2012-06-18 Sist oppdatert: 2019-11-27bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

Fulltekst mangler i DiVA

Scopus

Personposter BETA

De Backer, Jeroen

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
De Backer, Jeroen
Av organisasjonen

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar

isbn
urn-nbn

Altmetric

isbn
urn-nbn
Totalt: 512 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf