Untersuchungen zum Orbital-Reibschweißen als alternatives Herstellungsverfahren von Titan-Blisks im Vergleich mit dem Linear-Reibschweißen

Raab, Ulrich

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.

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Raab, Ulrich: Untersuchungen zum Orbital-Reibschweißen als alternatives Herstellungsverfahren von Titan-Blisks im Vergleich mit dem Linear-Reibschweißen. 2016.

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