Pressure welding, solid state: role of hot deformation

• Published in: Canadian metallurgical quarterly Vol. 51; no. 3; pp. 239 - 249
• Main Author: McQueen, H J
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Taylor & Francis 01.07.2012
• Subjects: Asperity; Cleaning; Diffusion bonding; Explosive welding; Friction stir welding; Friction welding rotary/linear; Hot deformation; Oxide dispersion; Plastic flow; Pressure welding; Protective; Recrystallization; Roll bonding; Solid state; Substructure evolution; Substructures; Ultrasonic welding
• ISSN: 0008-4433; 1879-1395
• DOI: 10.1179/1879139512Y.0000000011

Pressure welding is a solid state joining technique that depends on bringing the parts into sufficiently close contact that interatomic bonds are achieved. Pressing is more effective at elevated temperatures where plastic flow causes the asperities to collapse; improved application conditions are derived from hot work research to clarify temperature and strain rate dependence of hot strength and ductility. The substructure evolution systematically studied in hot working to determine dynamic recovery or recrystallisation is applied to clarifying that developed in welding. The various processes are affected differently by workpiece geometry and final shape requirements. In addition to precleaning of the surfaces, the plastic flow helps disperse the remaining oxide layers as was originally exemplified in blacksmith hot forging of layered sword blades and in bell/die welding of wrought iron tubes. The presentation critically compares the utility for various materials and configurations of simple pressure, ultrasonic application, diffusion, explosive, rotary and linear friction and friction-stir processes. Diffusion bonding (primarily Ti) with light cleaning, low pressure, little distortion in protective furnace atmosphere contrasts strongly with the heavy upsetting in friction welding, or complex alloy mingling and substructure variations in friction stir joints. Le soudage par pression est une technique d'assemblage à l'état solide qui dépend du fait de rapprocher suffisamment les pièces pour obtenir des liaisons interatomiques. L'application de pression est plus efficace à des températures élevées où l'écoulement plastique résulte en l'affaissement des aspérités; on dérive des conditions d'application améliorées à partir de la recherche sur le travail à chaud clarifiant la dépendance sur la température et la vitesse de déformation de la résistance à chaud et de la ductilité. On applique l'évolution de la substructure étudiée systématiquement dans le travail à chaud pour déterminer la restauration dynamique ou la recristallisation, à la clarification de la substructure développée lors du soudage. Les divers procédés sont affectés différemment par la géométrie de la pièce de travail et par les spécifications de la forme finale. En plus du prénettoyage des surfaces, l'écoulement plastique aide à disperser les couches d'oxyde qui restent, comme il a été originellement montré lors du forgeage à chaud par le forgeron des lames d'épée en couches et dans le soudage de cloche/moule de tubes de fer forgé. La présentation compare d'un oeil critique l'utilité, pour des matériaux et configurations variés, de procédés à pression simple, à application d'ultrason, avec diffusion, à explosion, à friction rotative et linéaire, et de friction-malaxage. Le soudage par diffusion (principalement le Ti) avec nettoyage léger, basse pression et faible déformation en four à atmosphère protectrice contraste fortement avec le refoulement important du soudage par friction, ou le malaxage complexe d'alliage et variations de la substructure des joints à friction-malaxage.