10.21268/20160609-122151
Raab, Ulrich
Untersuchungen zum Orbital-Reibschweißen als alternatives Herstellungsverfahren von Titan-Blisks im Vergleich mit dem Linear-Reibschweißen
Universitätsbibliothek der TU Clausthal
2016
Universitätsbibliothek der TU Clausthal
Wagner, Lothar
Titan
Reibschweißen
Blisk
2016-06-09
de
dissertation
Nach heutigem Stand der Technik werden gefügte integral beschaufelte Rotoren,
sogenannte Blisks, für den Einsatz in modernen Verdichtern von
Flugzeugtriebwerken durch Linear-Reibschweißen hergestellt. In der Arbeit wird das
Orbital-Reibschweißen als alternatives Schweißverfahren zur Herstellung von Titan-
Blisks vorgestellt. Bei diesem Verfahren wird an Stelle einer linearen
Relativbewegung zwischen den zu fügenden Bauteilen eine kreisende
Orbitalbewegung ausgeführt. Anhand von vergleichenden Experimenten beim Fügen
von Ti-6Al-4V durch Orbital- und Linear-Reibschweißen konnte eine schnellere
Wärmeentwicklung beim Orbital-Reibschweißen nachgewiesen werden. Darüber
hinaus wurde der Einfluss der Relativbewegung auf die Mikrostrukturentwicklung in
der Schweißnaht untersucht.
Durch EBSD-Messungen konnte eine lokale Textur in linear-reibgeschweißtem Ti-
6Al-4V nachgewiesen werden, bei der sich die (0001)-Ebene der hexagonalen
primär-α-Phase senkrecht zur linearen Relativbewegung ausgerichtet hat. Eine
entsprechende Vorzugsorientierung konnte in einer Orbital-Reibschweißung nicht
beobachtet werden.
Zusätzlich konnten durch die Verwendung höherer Reibkräfte in einer artgleichen Ti-
6Al-4V-Verbindungen und einer artfremden Ti-6Al-4V/Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo-
Verbindung die Schweißtemperaturen am Ende der Reibphase reduziert werden.
Somit war es möglich Schweißtemperaturen zu erreichen, die unterhalb des β-
Transus der Legierung Ti-6Al-4V lagen.
Vergleichende LFW- und OFW-Schweißversuche, bei denen sich lediglich die Art der
Relativbewegung unterschieden hat, kamen zu dem Ergebnis, dass durch die
Orbitalbewegung beim OFW kürzere Schweißzeiten bei gleichem Reibweg erreicht
werden konnten. Anhand eines theoretischen Modells konnte erläutert werden, dass
eine längerer Reibweg pro Zyklus, eine kontinuierliche Relativbewegung und eine
geringere Überdeckung der Fügeflächen zu einer effektiveren Wärmeentwicklung
durch die Orbitalbewegung während der Reibphase führen.
Orbital friction welding is introduced as an alternative welding process for the
manufacturing of Titanium blisks. Due to a comparative examination of linear and
orbital friction welding, it could be proven that the different kinetics of the orbital
friction welding process results in an improved heat generation.
In addition to the advanced process characteristics, the influence of the relative
motion on the microstructure development in the weld zone was investigated. EBSD
measurements revealed a stronger texture in Ti-6Al-4V linear friction welds in the
direction of the reciprocating motion as compared to orbital friction welds at the same
position.
By performing a parameter optimization for Ti-6Al-4V orbital friction welds it was
found, that due to a gradually increase of the friction pressure it is possible to
minimize the weld zone and decrease the welding temperature. This process control
enables to avoid the α-β phase transformation which is known to cause high tensile
residual stresses in the weld line of Ti-6Al-4V linear friction welds.
urn:nbn:de:gbv:104-1126879
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