Tensile strength optimisation in AA2014 aluminum alloy joints via friction stir welding: a rivet-free approach examining materials flow behaviour

ABSTRACT

Steel rivets are alternative materials for connecting materials for structural fabrication industry. The use of rivets may significantly increase the structure weight, impacting its overall performance. Additionally, there is a risk of inducing corrosion at the interface due to galvanic coupling. Therefore, careful consideration of material choices and potential consequences is necessary during the design and fabrication processes. When joining dissimilar alloys, manufacturers and designers face numerous challenges with conventional fusion welding techniques. Friction stir welding is effective at joining materials without reaching their melting points; instead, it relies on severe plastic deformation and recrystallization to create a welded joint. Proper selection of the tool and process parameters is crucial for achieving a sound weld result. The results from experimental investigations highlight the significance of plastic deformation, material flow, and recrystallization as influential factors on joint strength. This finding suggested that FSW is an ideal joining process for high-strength alloys. Although friction stir welding is a suitable alternative to permanent joints, such as rivets, notably, the experimental findings reveal that friction stir welding of both but and lap joints yields maximum load-carrying capabilities of 50.5 and 51.2 kN, respectively, emphasising the efficacy of the method in structural applications

Les rivets en acier sont des matériaux de rechange pour relier des matériaux de types similaires ou différents dans l’industrie de fabrication de structures. L’utilisation de rivets peut augmenter significativement le poids de la structure, affectant ses performances globales. De plus, il y a un risque d’induire la corrosion à l’interface en raison du couplage galvanique. Par conséquent, un examen attentif des choix de matériaux et des conséquences potentielles est nécessaire lors des procédés de conception et de fabrication. Lors de l’assemblage d’alliages différents, les manufacturiers et les concepteurs font face à de nombreux défis avec les techniques conventionnelles de soudage par fusion. Le soudage par friction-malaxage (FSW) est efficace pour assembler des matériaux sans atteindre leurs points de fusion; il se fie plutôt à une déformation plastique sévère et une recristallisation pour créer un joint soudé. Une sélection appropriée de l’outil et des paramètres du procédé est cruciale pour obtenir un résultat de soudage satisfaisant. Les résultats des études expérimentales soulignent l’importance de la déformation plastique, du flux du matériel et de la recristallisation en tant que facteurs influents sur la résistance des joints. Ce résultat suggère que le FSW est un procédé d’assemblage idéal pour les alliages à haute résistance. Bien que le soudage par friction-malaxage soit un remplacement approprié des joints permanents, tels que les rivets, notamment, les résultats expérimentaux révèlent que le soudage par friction-malaxage des assemblages bout à bout et à recouvrement produit des capacités de charge maximales de 50.5 kN et 51.2 kN, respectivement, mettant l’emphase sur l’efficacité de la méthode dans les applications structurales.

KEYWORDS:

• FSW
• riveted joint
• peak load
• microstructure
• SEM
• TEM
• EDS

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