焊接新工艺连接铝板和钢板

2019-6-19 13:47 369 0 来自: 汽车材料网
简介
【汽车轻量化在线】德国斯图加特大学材料测试研究所开发了一种基于搅拌摩擦焊的工艺,可以将高强度铝板和钢板焊接在一起。板材的厚度也可以不同。焊缝非常稳定,对这种钢铝混合板甚至可以进行深冲加工。这种板材可以 ...

【汽车轻量化在线】德国斯图加特大学材料测试研究所开发了一种基于搅拌摩擦焊的工艺,可以将高强度铝板和钢板焊接在一起。板材的厚度也可以不同。焊缝非常稳定,对这种钢铝混合板甚至可以进行深冲加工。这种板材可以用于生产轻量化和高负载的部件,例如用于汽车领域。

技术一览:
• 在钢和铝之间的高强连接
• 
可以对混合板材进行深冲
• 
应用领域:车身制造 → 降低车身重量10% (更少的燃油消耗/排放)或用于电动交通的泳池连接器→使用更便宜的铝而不是铜

 “当用钢搅拌焊接铝时,就像烘烤大理石蛋糕一样 - 浅色和深色面团应该相互接触,但它们不应混合在一起,以便只产生棕色混合面团。在铝-钢化合物的情况下,来自饼状图案的混合面团对应于所谓的金属间相,这是脆性的,“斯图加特大学材料测试研究所的维尔茨研究员解释道。摩擦搅拌焊接是一种特殊的焊接工艺,其中旋转工具(搅拌)沿着间隙行进以很大的力(摩擦)连接,从而将金属板坯料连接在一起。

德国斯图加特的科学家们开发了一种工艺改进和用于搅拌摩擦焊的新工具,利用这种工具可以高强度地将不同厚度的铝和钢板焊接在一起。根据维尔茨的说法,钢和铝的“正常”电弧焊会导致产生脆性金属间化合物。“在摩擦搅拌焊接中,生产出高强度和稳定的混合板,”维尔茨说。这些也被称为“混合定制焊接坯料”。 关于材料检测所工艺的特殊之处:“我们可以同时对接和重叠焊接板材,以获得更大的横截面积,从而确保更高的强度,提高成形性,”维尔茨解释道。

焊缝在拉伸试验中不会破坏

“我们做了不同的拉伸试验。焊缝已经固定,样品的材料已远离焊缝,”维尔茨解释说。接缝非常坚固,也可以在不加深接缝的情况下对混合板进行深冲加工。“即使是在曲线等复杂的几何形状下,焊缝仍然存在,”维尔茨自豪地说。维尔茨认为,这一技术主要用于汽车领域的高强度铝钢混合结构的应用领域。 “由于薄的高强度钢和稍微厚一些的铝板集中在一个部件上,就可以获得更高的抗弯强度,通过对两种材料相互结合,可以更有效地利用资源,”他解释。抗弯刚度指的是部件相对于一个垂直于表面弹性载荷的抵抗力,也就是说,该材料是像一个弹簧,在载荷卸去后会恢复到原来的形状,而不会产生“凸起”。

“到目前为止,在汽车车身制造车间,混合材料件只能通过组装由不同材料制成的部件来实现。通过我们开发的技术,能够将铝和钢结合在一起。这为结构优化开辟了额外的自由度,可用于减轻车身的重量,”维尔茨说。

工艺连开发

“除了用于混合材料的焊接工艺外,我们还为新工艺开发了工艺链的其他部分,”维尔茨说。其中包括一种新颖的、节能的热处理方法和一种特殊的成型方法,可以考虑混合板的厚度差异。“此外,我们开发的技术也可用于连接其它材料,例如,不同厚度的铜和铝板,这种材料可用于生产用于电动汽车的泳池连接器,”维尔茨说。这样做的优点是,在选择板厚时,可以利用特定的电阻将不同厚度的铜和铝焊接在一起。“例如,你可以将更薄但更便宜的铝板焊接到更薄的铜板上,”他说。 


利于环境:减少燃料消耗和减少排放


“根据目前的估计,可以假设通过在汽车工业中使用合适的混合板材,可以将车身的重量减少约10%,同时保持安全性,”维尔茨说。

“从汽车的整个寿命和性能来看,较低的重量可以减少燃料消耗和排放,”巴符州轻量化局局长席利格博士补充道。


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