Mechanical and toughness properties of robotic-FSW repair welds in 6061-T6 aluminium alloys

Abstract

Panel or structures welded in fixed installations might require local repair of eventual process induced defects. Ideally such repair operations should take place outside the production line to avoid interruption of the manufacturing flow. Robotic FSW systems offer the required flexibility to perform such repairs. The main objective of this work was to conduct a preliminary investigation on the microstructural, mechanical and toughness properties of robotic friction stir repair welds. To achieve this objective defective welds have been purposely produced and subsequently repaired. Specimens for microstructural analysis, mechanical and fracture toughness testing have been obtained from repaired and defect-free welds as well as from the base plate for comparison purposes. The mechanical properties have been established using standard tests, i.e. hardness, bending and tensile. Toughness properties of the joints have been determined using small (compact tension - CT) and large (M(T)) scale specimens. Fatigue pre-cracks were positioned in the nugget and HAZ. Crack resistance curves (R-Curves) were determined using the potential drop technique. The obtained results indicated that the additional thermal cycle and deformation process imposed by the repair weld did not adversely affect the mechanical and toughness properties of the nugget area. Both defect-free and repair welds showed higher toughness than the base material. Pre-cracks positioned in the nugget region were deviated into the lower strength TMAZ after initiation and ductile crack growth within the nugget area due to strength undermatch. Later propagation remained within the TMAZ. (orig.) [German] Das Schweissen von Elementen oder Strukturen kann eine lokale Reparatur erfordern, wenn durch den Fuegeprozess ausgeloeste Fehler auftreten. Vorteilhafterweise sollten die Reparaturen ausserhalb der Fertigungslinie erfolgen, um den Produktionsablauf nicht zu stoeren. Robotergestuetzte FSW-Systeme bieten die benoetigte Flexibilitaet, um die Reparaturen auszufuehren. Das Hauptaugenmerk dieser Untersuchungen lag in der vorlaeufigen Bestimmung der mikro-strukturellen, mechanischen und Zaehigkeitseigenschaften von Robotic Friction Stir Repair-Verbindungen. Fuer die Untersuchungen wurden zuerst zielgerichtet fehlerhafte Schweissnaehte hergestellt, die anschliessend repariert wurden. Es wurden aus reparierten und fehlerfreien Naehten Proben fuer mikrostrukturelle Untersuchungen und fuer die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften und des Bruchzaehigkeitsverhaltens entnommen. Der Grundwerkstoff wurde zu Vergleichszwecken dem gleichen Pruefprogramm unterzogen. Die mechanischen Eigenschaften wurden durch Standardverfahren wie Haertepruefung, Biegepruefung und Zugpruefung bestimmt. Die Zaehigkeitseigenschaften wurden anhand von C(T) und M(T) Proben bestimmt. Der Ermuedungsriss wurde in der Schweissnahtmitte (Nugget) bzw. in der WEZ eingebracht. Risswiderstandskurven (R-Kurven) wurden mit Hilfe der Potentialmethode bestimmt. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die mechanischen und Zaehigkeitseigenschaften im Nugget durch den zusaetzlichen Waermezyklus und Verformungsprozess des Reparaturvorganges nicht nachhaltig beeinflusst werden. Die fehlerfreien und auch die Reparaturnaehte zeigen eine hoehere Zaehigkeit als das Grundmaterial. Die im Nuggetbereich eingebrachten Risse wurden durch duktiles Risswachstum in den Bereich geringerer Festigkeit in der thermomechanisch beeinflussten Zone (TMAZ) abgelenkt. Die weitere Rissausbreitung verlief in der TMAZ. (orig.)