Исследователи предлагают новое гибридное пятно устойчивости

Исследователи из Шанхайского института оптики и точной механики (SIOM) Китайской академии наук (CAS) разработали новый гибридный процесс точечной лазерной сварки сопротивлением для соединения алюминия со сталью. Процесс, описанный в статье с открытым доступом в журнале «Материалы и дизайн», сначала проводит контактную точечную сварку алюминия и стали из разнородных материалов, а затем лазерную точечную сварку.

Применение в конструкции кузова разнородных материалов из алюминия и стали является одним из ключевых решений в автомобильной промышленности для снижения веса автомобиля и улучшения топливной экономичности. Поэтому в последние десятилетия было проведено множество исследовательских работ с целью достижения высококачественных соединений алюминия со сталью из разнородных материалов. Однако существуют два основных препятствия для сварки алюминия со сталью из разнородных материалов.

Во-первых, чрезвычайно низкая растворимость железа в алюминии (~0,03 %) приводит к легкому образованию хрупких интерметаллических соединений (IMC: например, FeAl3 и Fe2Al5) в сварном шве вместо фаз твердого раствора в процессе сварки; другое препятствие связано с большими термическими и остаточными напряжениями, возникающими в сварных швах из-за различных теплофизических свойств алюминия и стали, таких как коэффициент теплового расширения, что приводит к образованию трещин в слое IMC и/или сварном шве, тем самым снижая пластическую деформацию. прочность и усталостные характеристики сварного шва.

… Точечная сварка сопротивлением (RSW) является одним из основных методов соединения при производстве кузовов автомобилей (BIW) из-за ее высокой эффективности и низкой стоимости. … Несмотря на преимущества соединения однородных материалов, с помощью традиционного процесса RSW по-прежнему сложно напрямую соединить разнородные металлы из алюминия и стали.

… В последние годы лазерная сварка продемонстрировала множество преимуществ, таких как высокая эффективность производства и низкое тепловложение, и ее применение в автомобильной промышленности постепенно расширяется. … Однако лазерная сварка алюминия со сталью по-прежнему представляет собой большую проблему из-за образования множества трещин и хрупкости IMC, что не позволяет широко использовать ее для соединения алюминия со сталью.

Цель данной работы – в полной мере использовать преимущества RSW и лазерной сварки для соединения алюминия и стали разнородных металлов. Предлагается гибридный процесс контактной лазерной точечной сварки (HRLW), инновационный способ сочетания специально разработанного процесса RSW с лазерной сваркой.

Ли и др.

Точечные сварные швы выполнены по технологии контактной точечной сварки; Затем вокруг точечных сварных швов с помощью технологии лазерной летной сварки выполняются круговые сварные швы.

Исследователи обнаружили, что значительные улучшения механических свойств соединений алюминия и стали были достигнуты за счет изменения структуры соединения и контроля толщины хрупких интерметаллических соединений. Точечная сварка сопротивлением имела значительную растягивающую-сдвиговую нагрузку, но плохую пластичность и поглощение энергии из-за наличия слабой области соединения по периферии соединения, что способствовало зарождению и быстрому распространению трещины.

Следующий процесс лазерной точечной сварки был проведен в зоне слабого соединения контактной точечной сварки, что препятствовало быстрому распространению трещин вдоль границы раздела обшивки (поверхность обшивки - это одна из поверхностей, контактирующих в месте соединения), избегая разрушения интерфейса.

По сравнению с соединениями контактной точечной сварки пиковая нагрузка растяжения-сдвига и поглощение энергии были увеличены на 18,2% и 424,8% для гибридных сварных соединений соответственно.

Ресурсы

Минфэн Ли и др. (2022) «Гибридная контактная лазерная точечная сварка алюминия и стали из разнородных материалов: микроструктура и механические свойства», Материалы и дизайн, номер документа: 10.1016/j.matdes.2022.111022.

Опубликовано 6 сентября 2022 г. в Производство, Обзор рынка, Материалы, Снижение веса | Постоянная ссылка | Комментарии (0)