Regular Article

Effect of welding parameters on mechanical properties and microstructure of friction stir welded brass joints

Effet des paramètres de soudage sur les propriétés mécaniques et la microstructure des joints en laiton soudés par friction-frottement

¹ Marmara University, Department of Materials Technology, Institute For Graduate Studies in Pure and Applied Sciences, 34722 Goztepe Campus, Istanbul, Turkey
² Marmara University, Technology Faculty, Department of Metallurgy and Materials Engineering, 34722 Goztepe Campus, Istanbul, Turkey
³ Marmara University, Applied Science High School, Göztepe Campus, İstanbul, Turkey

^* e-mail: zcatalgol@marmara.edu.tr

Received: 21 February 2018
Accepted: 12 November 2018

Abstract

Friction stir welding is a method developed for the welding of high-alloy aluminum materials which are difficult to combine with conventional welding methods. Friction stir welding of MS 63 (brass) plates used different tools (tapered cylindrical, tapered threaded cylindrical), tool rotational speeds (1040, 1500, 2080 rpm) and traverse speeds (30,45,75,113 mm.min⁻¹). Tensile, bending, radiography and microstructure tests were carried out to determine the mechanical properties of brass plates joined by friction stir welding technique. Microstructure characterization studies were based on optical microscope and SEM analysis techniques. In addition, after joining operations, radiographs were taken to see the internal structure failure. Brass sheets were successfully joined to the forehead in the macrostructure study. In the evaluation of the microstructure, it was determined that there were four regions of base metal, thermomechanically affected zone (TMEB), heat-affected zone (HAZ) and stir zone. In both welding tools, the weld strength increased with increasing tool rotation speed. The particles in the stir zone are reduced by increasing of the tool rotation speed. Given the strength and % elongation values, the highest weld strength was achieved with tapered pin tool with a tool rotation speed of 1040 rpm and a tool feed speed of 113 min⁻¹.

Résumé

Récemment, l’utilisation de métaux légers dans l’industrie a augmenté régulièrement. Le laiton est utilisé dans un large éventail de domaines. Les alliages de laiton sont généralement joints par brasage fort. L’utilisation de procédés de soudage par fusion classiques pour l’assemblage d’alliages de laiton pose les problèmes d’évaporation du zinc et de microporosité dans les soudures. Les deux problèmes ont un effet notable sur la microstructure et les propriétés physiques, chimiques et mécaniques de la zone de soudage. FSW est utilisé avec succès en particulier dans l’assemblage de matériaux tels que l’aluminium, le cuivre et le magnésium, qui sont difficiles à souder avec les méthodes de soudage à l’arc conventionnelles. Ce travail a été effectué en raison de problèmes d’adhésion rencontrés dans ces domaines. Le soudage par friction-malaxage des plaques MS 63 (laiton) a utilisé différents outils (cylindriques coniques, cylindriques filetées coniques), des vitesses de rotation de l’outil (1040, 1500, 2080 tr/min) et des vitesses de translation (30,45,75,113 mm.min⁻¹). Des tests de traction, de flexion, de radiographie et de microstructure ont été effectués pour déterminer les propriétés mécaniques des tôles de laiton assemblées par soudage. Les études de caractérisation de la microstructure reposent sur des techniques d’analyse au microscope optique et au MEB. En outre, après avoir rejoint les opérations, les radiographies ont permis de constater la défaillance de la structure interne. Des feuilles de laiton se sont jointes au front lors de l’étude de la macrostructure. Lors de l’évaluation de la microstructure, il a été déterminé qu’il y avait quatre régions de métal de base, une zone affectée thermomécaniquement (TMEB), une zone affectée thermiquement (HAZ) et une zone d’agitation. Dans les deux outils de soudage, la résistance de la soudure augmentait avec l’augmentation de la vitesse de rotation de l’outil. Les particules dans la zone d’agitation sont réduites en augmentant la rotation de l’outil de vitesse. Compte tenu des valeurs de résistance et de pourcentage d’allongement, la résistance de soudure la plus élevée est obtenue avec un outil à goupille conique avec une vitesse de rotation de l’outil de 1040 tr/min et une vitesse d’alimentation de l’outil 113 min⁻¹.