研究者が新しいハイブリッド抵抗スポットを提案

中国科学院（CAS）の上海光学精密機械研究所（SIOM）の研究者らは、アルミニウムと鋼を接合するための新しいハイブリッド抵抗スポットレーザー溶接プロセスを開発した。 このプロセスは、ジャーナル「マテリアルズ＆デザイン」のオープンアクセス論文に記載されており、まずアルミニウムとスチールの異種材料の抵抗スポット溶接を行い、次にレーザースポット溶接を行います。

アルミニウムと鋼の異種材料のボディ構造の適用は、車両重量を軽減し、燃費を向上させるための自動車産業における重要なソリューションの 1 つです。 したがって、アルミニウムと鋼の異種材料を使用して高品質の接合を実現するために、過去数十年にわたって多くの研究が行われてきました。 しかし、アルミニウムと鋼の異種材料を溶接するには、2 つの主要な困難な障害があります。

1 つは、アルミニウム中の鉄の溶解度が非常に低い (約 0.03 %) ため、溶接プロセス中に固溶体相ではなく、溶接部に脆い金属間化合物 (IMC: たとえば、FeAl3 や Fe2Al5) が容易に形成されることです。 もう 1 つの障害は、熱膨張係数などのアルミニウムと鋼の熱物理的特性の違いにより溶接部に生じる大きな熱応力と残留応力に関係しており、その結果、IMC 層や溶接部に亀裂が形成され、塑性変形が低下します。溶接部の能力と疲労性能。

… 抵抗スポット溶接 (RSW) は、高効率で低コストであるため、ホワイト自動車ボディ (BIW) 製造における主流の接合方法の 1 つです。 … 均質な材料を接合する利点にもかかわらず、従来の RSW プロセスではアルミニウムと鋼の異種金属を直接接合することは依然として困難です。

… 近年、レーザー溶接は高い生産効率や低入熱などの多くの利点を示し、自動車業界での応用が徐々に増加しています。 …しかし、アルミニウムと鋼のレーザー溶接は、多くの亀裂と脆い IMC の形成により、依然として大きな課題を抱えており、アルミニウムと鋼の接合に広く使用することができません。

この作業の目的は、RSW とレーザー溶接の利点を最大限に活用して、アルミニウムとスチールの異種金属を接続することです。 特別に設計された RSW プロセスとレーザー溶接を革新的な方法で組み合わせたハイブリッド抵抗レーザー スポット溶接 (HRLW) プロセスが提案されています。

リーら。

スポット溶接は抵抗スポット溶接接続技術によって行われます。 次に、レーザー フライト溶接技術によってスポット溶接の周囲に円形溶接が行われます。

研究者らは、接合構造を変更し、脆い金属間化合物の厚さを制御することによって、アルミニウム/鋼接合部の機械的特性が大幅に改善されることを発見しました。 抵抗スポット溶接にはかなりの引張せん断荷重がありましたが、接合部の周囲に弱い結合領域が存在するため、延性とエネルギー吸収が低く、亀裂の発生と急速な伝播が促進されました。

次のレーザー スポット溶接プロセスは、抵抗スポット溶接継手の弱い接合領域で実行され、接合界面 (接合面は接合部で接触する表面の 1 つです) に沿った亀裂の急速な伝播を抑制し、界面破壊を回避しました。

抵抗スポット溶接継手と比較して、ハイブリッド溶接継手では引張せん断ピーク荷重とエネルギー吸収がそれぞれ 18.2% と 424.8% 増加しました。

リソース

ミンフェン・リーら。 (2022) 「アルミニウムと鋼の異種材料のハイブリッド抵抗レーザー スポット溶接: 微細構造と機械的特性」、材料と設計 doi: 10.1016/j.matdes.2022.111022

投稿日: 06 September 2022 in 製造, 市場の背景, 材料, 軽量化 | パーマリンク | コメント (0)