Исследователи из Шанхайского института оптики и точной механики (SIOM) Китайской академии наук (CAS) разработали новый гибридный процесс контактной точечной лазерной сварки для соединения алюминия со сталью. Процесс, описанный в статье в открытом доступе в журнале Materials & Design , сначала проводит контактную точечную сварку разнородных материалов из алюминия и стали, 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 получения высококачественных соединений алюминия со сталью из разнородных материалов. Однако есть два основных препятствия для сварки алюминия со сталью разнородных материалов.
Во-первых, чрезвычайно низкая растворимость железа в алюминии (∼0,03 %) приводит к легкому образованию в сварном шве хрупких интерметаллических соединений (IMC: например, FeAl 3 и Fe 2 Al 5 ) 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, что снижает пластическую деформацию. прочность и усталостные характеристики сварного шва.
… Точечная сварка сопротивлением (RSW) является одним из основных методов соединения для производства кузовов автомобилей (BIW) из-за его высокой эффективности и низкой стоимости. … Несмотря на преимущества соединения однородных материалов, для обычного процесса RSW по-прежнему сложно напрямую соединять разнородные металлы 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 большие трудности из-за образования множества трещин и хрупких интерметаллических сплавов, которые не позволяют широко использовать ее для соединения алюминия со сталью.
Цель данной работы – в полной мере использовать преимущества RSW и лазерной сварки для соединения разнородных металлов алюминия и стали. Предлагается гибридный процесс контактной лазерной точечной сварки (HRLW), сочетающий в себе специально разработанный процесс RSW с лазерной сваркой инновационным способом.
Точечные сварные швы выполняются методом контактной точечной сварки; Затем круговые сварные швы выполняются вокруг точечных сварных швов с помощью технологии лазерной сварки в полете.
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 контактная сварка имела значительную нагрузку на растяжение-сдвиг, но плохую пластичность и поглощение энергии из-за наличия слабой области соединения по периферии соединения, что способствовало зарождению и быстрому распространению трещины.
Последующий процесс лазерной точечной сварки был проведен в зоне слабого соединения контактной точечной сварки, что препятствовало быстрому распространению трещин вдоль границы раздела (поверхность обшивки — одна из поверхностей, соприкасающихся в стыке), избегая разрушения интерфейса.
По сравнению с контактной точечной сваркой пиковая нагрузка при сдвиге при растяжении 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 стальных разнородных материалов: микроструктура и механические свойства», Materials & Design
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com