연구원들은 새로운 하이브리드 저항 지점을 제안합니다

중국과학원(CAS) 산하 상하이 광학정밀기계연구소(SIOM) 연구원들이 알루미늄을 강철에 접합하는 새로운 하이브리드 저항 스폿 레이저 용접 공정을 개발했습니다. Materials & Design 저널의 공개 논문에 설명된 이 프로세스는 먼저 알루미늄과 강철 이종 재료의 저항 점용접을 수행한 다음 레이저 점용접을 수행합니다.

알루미늄-강철 이종 재료 차체 구조를 적용하는 것은 차량 중량을 줄이고 연비를 향상시키는 자동차 산업의 핵심 솔루션 중 하나입니다. 따라서 지난 수십 년 동안 알루미늄과 강철의 이종 재료를 사용하여 고품질 접합을 달성하기 위해 많은 연구가 수행되었습니다. 그러나 알루미늄과 강철의 이종 재료를 용접하는 데에는 두 가지 주요 장애물이 있습니다.

하나는 알루미늄에 대한 철의 용해도가 매우 낮기 때문에(~0.03%) 용접 공정 중 고용상 대신 용접에서 취성 금속간 화합물(IMC: 예: FeAl3 및 Fe2Al5)이 쉽게 형성된다는 것입니다. 다른 장애물은 알루미늄과 강철 사이의 열팽창 계수와 같은 서로 다른 열물리적 특성으로 인해 용접에서 발생하는 큰 열 및 잔류 응력과 관련되어 있으며, 이로 인해 IMC 층 및/또는 용접에 균열이 형성되어 소성 변형이 낮아집니다. 용접의 용량 및 피로 성능.

… 저항점용접(RSW)은 효율성이 높고 비용이 저렴하기 때문에 BIW(차체-백색차) 제조의 주류 접합 방법 중 하나입니다. … 균질한 재료를 접합하는 장점에도 불구하고 기존 RSW 공정에서는 알루미늄-강 이종 금속을 직접 접합하는 것이 여전히 어렵습니다.

… 최근 레이저 용접은 높은 생산 효율과 낮은 열 입력 등 많은 장점을 보여 자동차 산업에서 그 적용이 점차 증가하고 있습니다. … 그러나 알루미늄과 강철의 레이저 용접은 많은 균열과 부서지기 쉬운 IMC의 형성으로 인해 여전히 큰 어려움을 안고 있으며, 이로 인해 알루미늄-강을 접합하는 데 널리 사용되지 않습니다.

이 작업의 목적은 RSW와 레이저 용접의 장점을 최대한 활용하여 알루미늄과 강철의 이종 금속을 연결하는 것입니다. 특별히 고안된 RSW 공정과 레이저 용접을 혁신적인 방식으로 결합한 하이브리드 저항 레이저 점용접(HRLW) 공정이 제안되었습니다.

Lee et al.

스폿 용접은 저항 스폿 용접 연결 기술로 만들어집니다. 그런 다음 레이저 플라이트 용접 기술을 사용하여 점 용접 주위에 원형 용접이 이루어집니다.

연구진은 접합 구조를 변경하고 부서지기 쉬운 금속간 화합물의 두께를 제어함으로써 알루미늄/강철 접합의 기계적 특성이 크게 향상되었음을 발견했습니다. 저항 점용접은 상당한 인장-전단 하중을 가지지만 접합부 주변의 약한 결합 영역으로 인해 연성과 에너지 흡수가 좋지 않아 균열이 시작되고 빠르게 전파됩니다.

저항 점용접 접합부의 약한 접합 부위에 다음과 같은 레이저 점용접 공정을 실시하여 접합면(접합면은 접합면과 접촉하는 표면 중 하나)을 따라 균열의 급속한 전파를 억제하여 계면 파괴를 방지했습니다.

저항 점용접 접합부와 비교하여, 하이브리드 용접 접합부의 인장-전단 최대 하중 및 에너지 흡수는 각각 18.2% 및 424.8% 증가했습니다.

자원

Mingfeng Liet al. (2022) "알루미늄과 강철 이종 재료의 하이브리드 저항-레이저 스폿 용접: 미세 구조 및 기계적 특성," 재료 및 디자인 doi: 10.1016/j.matdes.2022.111022

2022년 9월 6일에 게시됨: 제조, 시장 배경, 재료, 중량 감소 | 고유링크 | 댓글 (0)