Qui, presentiamo un protocollo di saldatura spot di agitazione di attrito (FSSW) su acciaio a doppia fase 780. Un perno dell'utensile con rotazione ad alta velocità genera calore dall'attrito per ammorbidire il materiale, quindi, il perno si immerge in 2 giunti di lamiera per creare l'articolazione del giro.
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Articolo metodologico
Generazione di giunti a giro tramite saldatura spot di attrito su ACCIAIO DP780
In questo articolo
Sommario
Abstract
La saldatura a punto di agitazione dell'attrito (FSSW), un derivato della saldatura a sfuma dell'attrito (FSW), è una tecnica di saldatura allo stato solido sviluppata nel 1991. Un'applicazione industriale è stata trovata nell'industria automobilistica nel 2003 per la lega di alluminio che è stata utilizzata nelle porte posteriori delle automobili. La saldatura spot a scalpore di attrito è utilizzata principalmente nelle leghe alper per creare giunti a giro. I vantaggi della saldatura a punti di agitazione dell'attrito includono una temperatura di fusione di quasi l'80% che abbassa le saldature di deformazione termica senza spruzzi rispetto alla saldatura spot di resistenza. La saldatura a punti di agitazione dell'attrito dell'attrito comprende 3 passaggi: tuffo, agitazione e retrazione. Nel presente studio, altri materiali tra cui l'acciaio ad alta resistenza vengono utilizzati anche nel metodo di saldatura a suscitazione dell'attrito per creare giunti. DP780, il cui tradizionale processo di saldatura prevede l'uso della saldatura a punti di resistenza, è uno dei numerosi materiali in acciaio ad alta resistenza utilizzati nell'industria automobilistica. In questo articolo, DP780 è stato utilizzato per la saldatura spot di agitazione dell'attrito, e la sua microstruttura e microhardness sono stati misurati. I dati della microstruttura hanno mostrato che c'era una zona di fusione con grana fine e una zona di effetto termico con il sito di martore dell'isola. I risultati della microdurezza hanno indicato che la zona centrale mostrava un maggiore grado di durezza rispetto al metallo di base. Tutti i dati hanno indicato che la saldatura spot di agitazione di attrito utilizzata in acciaio a doppia fase 780 può creare un buon giunto giro. In futuro, la saldatura a punti di agitazione dell'attrito può essere utilizzata nella saldatura in acciaio ad alta resistenza applicata nei processi di produzione industriale.
Introduzione
La saldatura a gite di attrito (FSW) è stata segnalata per la prima volta nel 1991 a TWI, Abington, Regno Unito1. Nel 2003, Piccini e Svoboda hanno determinato un metodo superiore per migliorare i vantaggi della FSW chiamata saldatura a punti di agitazione ad attrito (FSSW) per l'uso nei processi di produzione automobilistica commerciale2. Il metodo FSSW prevede la creazione di un giunto sul giro spot senza fusione di aree sfuse. Lo sviluppo più importante per l'uso di FSSW è stato in leghe di alluminio come Al legy deformarsi nel processo di saldatura in condizioni di alta temperatura. Il primo esempio di successo è stato nel settore automobilistico, dove FSSW è stato utilizzato nella produzione dell'intera porta posteriore della Mazda RX-81,3,4.
Nel frattempo, l'acciaio ad alta resistenza è il materiale dominante della carrozzeria, in particolare l'acciaio a doppia fase. La letteratura indica che DP600 prodotto con FSSW può avere le stesse proprietà del metallo di base, dove tutte le regioni di saldatura hanno microstrutture e gradi di durezza simili5. Alcuni ricercatori hanno studiato i metodi FSSW per l'uso dell'acciaio DP sulla loro microstruttura della zona di agitazione (Sz), della zona affetto termomeccanica (TMA) e del modello di guasto dell'acciaio DP590 e DP600. Hanno osservato differenze nella consistenza della microstruttura (ferrite, bainite e martensite) dell'acciaio DP590 e DP600 a varie velocità di rotazione6,7,8,9,10. Alcuni ricercatori hanno condotto studi comparativi di FSSW e RSW per DP780 acciaio8,9. Hanno riferito che tempi di giunzione più lunghi e velocità di rotazione dell'utensile più elevate hanno provocato un aumento dell'area di incollaggio per tutti i tuffi, che ha portato ad una maggiore forza di taglio e ha spostato la modalità da interfacciale a tirato fuori. Hanno inoltre concluso che la FSSW aveva una forza maggiore rispetto a RSW. Il processo FSSW comprende 3 passaggi: tuffo, agitazione e retrazione. Il primo passo è immergersi con un perno dell'utensile di rotazione vicino al foglio del giunto del giro e collegato al foglio. La spalla dell'utensile rotante nel processo FSSW può generare calore attrito. Nella seconda fase, il calore può ammorbidire il foglio e facilitare il collegamento del perno dell'utensile nel foglio, così come abitare nei materiali per mescolare due pezzi insieme e mescolare intorno all'area del perno. Infine, la pressione della pressione della spalla dell'utensile sui pezzi può migliorare l'incollaggio. Dopo il processo di saldatura, il perno può essere ritirato dal buco della serratura. I vantaggi di FSSW rispetto a RSW sono una temperatura di saldatura inferiore, senza spruzzi e una maggiore stabilità nel processo di produzione.
Anche se sono stati riportati studi sull'FSSW di acciai avanzati ad alta resistenza (AHSS) da vari ricercatori, studi sull'FSSW di DP590, DP600 e DP780 si sono concentrati sulla microstruttura e sui modelli meccanici e di guasto utilizzando vari processi Parametri. Nel presente studio è stata presa in considerazione la FSSW dell'acciaio DP780. Il protocollo del processo FSSW è stato riportato in dettaglio, e la durezza individuale nella zona di agitazione, nella zona termomeccanica-meccanica e nella zona interessata dal calore, così come il metallo di base sono stati valutati in base alla microhardness misurata.
Con la continua crescita e la forte domanda di peso nell'industria automobilistica e aerospaziale, l'industria automobilistica ha mostrato un crescente interesse per le articolazioni AHSS e lap. Ad esempio, la carrozzeria in acciaio convenzionale di un'auto, in media, ha più di 2.000 giunti a lambi di saldatura a punti11. Ci sono 3 processi di saldatura comuni per i giunti del giro utilizzati nel settore, tra cui la saldatura spot di resistenza, la saldatura a punti laser e la saldatura spot di attrito12. Un modo per diminuire il peso è utilizzando acciai avanzati ad alta resistenza (AHSS). I materiali più popolari sono gli acciai a doppia fase e indotta da trasformazione in plastica (TRIP), che vengono sempre più utilizzati nell'industria automobilistica13,14,15,16. Poiché l'industria automobilistica ha aumentato gli standard di resistenza grazie al miglioramento del consumo di carburante e all'assorbimento di energia da incidente in base alla diminuzione del peso del veicolo, l'uso di diversi materiali e processi di saldatura sta diventando un problema importante.
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Protocollo
1. Preparazione del materiale
NOTA: Lavorare i fogli DP780 spessi 1,6 mm in cedole 40 mm x 125 mm. I giunti FSSW sono progettati come campioni di taglio giro per le prove meccaniche. Unire due fogli da 125 mm per 40 mm con una sovrapposizione di 35 mm x 40 mm in seguito alla RSW standard NF ISO 18278-2; 2005. Uno strumento a rombo policristallino di design geometrico con una spalla a cono troncata. Il progetto della geometria è illustrato nella Figura 1a. Il diametro del perno è di 5 mm; la lunghezza è di 2,5 mm e la larghezza della spalla è 10 mm. Il perno dello strumento reale è mostrato in Figura 1b.
- Linee guida di sicurezza
- Utilizzare dispositivi come cappuccio o deflettore, occhiali e guanti per la protezione.
- Stare dietro il cofano o il deflettore. Indossare occhiali e guanti per evitare il contatto con gli spruzzi o i danni termici.
- Impostazione macchina FSSW
- Produrre tutti i giunti utilizzando una saldatrice ad attrito di MIRDC.
- Registrare la forza e la profondità di penetrazione assietali di z durante ogni operazione di unione utilizzando il sistema di acquisizione dati incorporato (DAQ).
- Impostazioni dei parametri
- In questo studio, utilizzare i seguenti parametri: una velocità di rotazione del perno dell'utensile di 2.500 rpm, 4 s di tempo di perno dell'utensile e una velocità pf 0,5 mm / s di perno utensile immergersi nel foglio.
- Ottimizzare i parametri per l'operatore. L'intervallo della velocità di rotazione è di 1.000- 2.500 giri/min. L'intervallo del tempo di dimora può essere da 2 a 10 s, e la velocità di tuffo può essere 0,1-0,5 mm / s.
2. Procedura
NOTA: l'area di lavoro è illustrata nella Figura 2. Tutte le procedure di fabbricazione sono completate nell'area di lavoro. Prima della procedura, le sequenze di processo di saldatura sono costituite da una combinazione di rotazioni dell'utensile e profondità di penetrazione, nonché di una serie di sequenze tra cui preriscaldamento, immersione, abitazione, retrazione e post riscaldamento. Tutti i passaggi sono illustrati nella Figura 3 sotto forma di diagramma di flusso di lavoro.
- Preparazione del pezzo DP780
- Prima del processo di saldatura, assicurarsi che non ci siano substrati di impurità che contaminano i pezzi. Utilizzare tessuti in microfibra lavorati a maglia per pulire la superficie del pezzo per eliminare eventuali piccole particelle.
- Posizionare il pezzo DP780 e bloccare 2 fogli DP780 (dimensioni: 125 mm x 40 mm) con una sovrapposizione di 35 mm. Fissare i pezzi puliti su un'incudine per evitare lo spostamento.
- Assicurarsi che il perno sia pulito per evitare la contaminazione da substrato impuro. Utilizzare tessuti in microfibra a maglia per pulire la superficie del perno dell'utensile per eliminare le piccole particelle.
- Fissare il perno con un morsetto sulla macchina.
- Avvitato sul perno saldamente di nuovo per il perno dell'utensile.
- Prestare attenzione al passaggio di bloccaggio del perno. Assicurarsi che il perno sia bloccato nella macchina per evitare pericoli. Lo strumento rotante è circondato da un anello di bloccaggio non rotante con il quale i pezzi vengono premuti saldamente uno contro l'altro prima e durante la saldatura applicando una forza di bloccaggio. L'illustrazione mostrata nella Figura 3a l'anello di morsetto utilizzato per fissare il perno dell'utensile. Dopo questo passaggio, la produzione viene visualizzata nel diagramma di flusso.
- Garantire la sicurezza.
- Verificare che il perno di rotazione ad alta velocità senza un anello morsetto si allenta. Quando il perno dell'utensile è posizionato sulla macchina, assicurarsi che il perno dell'utensile non si separi dal morsetto durante la rotazione per motivi di sicurezza. Il perno dell'utensile utilizza una velocità di rotazione bassa da 10 a 100 giri/min in 1 minuto. La velocità può accelerare da 100 a 1.000 rpm entro 1 minuto (Figura 3b).
- Impostazioni della macchina
- Utilizzare i seguenti parametri: una velocità di rotazione di 3.000 rpm, un abitato di 4 s e una velocità di tuffo di 0,5 mm/s (Figura 3c).
- Calibrare la posizione di saldatura (Figura 3d e il prodotto reale illustrato nella Figura 4a).
- Impostare il perno nella saldatrice a suscitare spot. Lo spazio tra il perno e il pezzo è inferiore a 5 cm per calibrare la posizione del giunto. Dopo la conferma della posizione, passare al processo di saldatura.
- Durante la saldatura, indossare occhiali e guanti per evitare lesioni.
- Iniziare il processo di saldatura con l'utensile in rotazione ad alta velocità per immergere il perno dell'utensile nel pezzo in lavorazione. La spalla dell'utensile contatta i pezzi e arresta la rotazione e ritrae il perno.
- tuffarsi
- Accendere il pulsante di agitazione. Quando la macchina si riscalda, verificare che il perno dell'utensile funzioni costantemente a una velocità di rotazione di 2.500 giri/min. Assicurarsi che il perno dell'utensile sia fissato bene sotto la rotazione ad alta velocità a 2.500 giri/min. Il perno si tuffa nei pezzi sotto una rotazione ad alta velocità e la spalla contatta i pezzi ad alta velocità angolare (Figura 3e). Il prodotto reale è mostrato in Figura 4b.
- agitazione f
- Mentre il perno dell'utensile immerso continua a mescolare nel pezzo, ammorbidire l'interfaccia del perno e il materiale dal calore di attrito per creare la granulosità. Quando la spalla del perno entra in contatto con la parte superiore del pezzo, interrompere il processo perché l'alta rotazione del perno dell'utensile può generare alte temperature. È importante indossare indumenti protettivi che garantiscano la sicurezza operativa (vedere la figura 3f.) Il prodotto reale è mostrato in Figura 4c.
- Riavvolgente
- Disegnare il perno dell'utensile nella direzione verticale. Dopo la procedura, il perno crea il punto di saldatura del foro chiave nel giunto del giro. Si noti che la saldatura punto di agitazione attrito si ferma in questo passaggio (Figura 3g). Il prodotto reale è illustrato nella Figura 4e.
- Rimuovere i pezzi.
- Spegnere l'alimentazione della macchina.
- Al termine della saldatura, rimuovere i pezzi dall'incudine. Osservare i campioni per le crepe e la mancanza di fusione.
- Rimuovere il perno dell'utensile.
- Dopo la procedura, rimuovere il perno dell'utensile dall'anello di morsetto. L'aspetto del perno dello strumento viene osservato e controllato (Figura 5).
3. Valutazione della proprietà meccanica
- Esame di microscopia delle saldature FSSW (Figura 3h)
- Preparazione microscopica dei campioni
- Misurare l'area trasversale della regione incollata utilizzando un'immagine al microscopio ottico e un'analisi secondaria dell'immagine degli elettroni. Preparare i campioni microscopici utilizzando carta di carbura in silicio a terra con una dimensione di grana che va da 200 a 2.000 partendo da una dimensione di grana di 200 e aumentando in sequenza. Polacco i campioni con 0.03% di allumina e inciso con una soluzione nital 4% per 7-10 s a temperatura ambiente.
- Osservazione della microscopia
- Osservare e caratterizzare le microstrutture utilizzando la microscopia ottica e la microscopia elettronica a scansione. Utilizzare una tensione di 20 kV e una distanza di lavoro di 10 m. Dalla microscopia ottica, è possibile determinare qualsiasi piccola linea di fessura o mancanza di una zona di fusione. Utilizzare la microscopia elettronica a scansione per analizzare il sito di martora e la distribuzione dell'austenite e la dimensione del grano.
- Microdurinezza
- Verificare gli esperimenti di microhardness più di 3 volte. I valori erano troppo piccoli per indicare chiaramente la deviazione standard.
- Premere il diamante entrodante Vickers con un campione di carico di prova di 300 g e 0,5 mm per test.
- Condurre i test di microhardness della lamiera d'acciaio DP780 utilizzando una macchina di microhardness con un carico di 300 g e un tempo di mantenimento di 15 s. I test di microdurezza hanno rivelato la distribuzione della durezza e i singoli valori di durezza nella zona di agitazione, la zona termomeccanica, la zona interessata dal calore e il metallo di base delle saldature.
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Risultati
Nella Figura 3 è presente un diagramma che dimostra che il processo di saldatura spot di agitazione dell'attrito è costituito da 3 parti: tuffo (Figura 3e), agitazione (Figura 3f) e ritrazione (Figura 3g). Nella nostra ricerca, il punto di saldatura potrebbe essere generato. La profondità di penetrazione è un fattore che è stato valutato. Nella Figur...
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Discussione
La fase di immersione è la più importante durante il processo FSSW. Senza abbastanza calore di attrito proveniente dalla spalla del perno per ammorbidire il pezzo, il perno si fratturerà. La geometria dell'utensile, la velocità di rotazione, il tempo di perlato e la profondità di penetrazione dell'utensile26 parametri del processo FSSW svolgono un ruolo fondamentale nel determinare l'integrità dell'articolazione. La TPD e la geometria dell'utensile27 hanno in particolare un...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Ringraziamo il Dr. K. C. Yang della China-Steel Company per il supporto materiale e desideriamo esprimere la nostra gratitudine a L.D. Wang, C. K. Wang e B. Y. Hong al MIRDC per assistenza con l'esperimento FSSW. Questa ricerca è stata sostenuta dal Centro di ricerca e sviluppo delle industrie metalliche, Kaohsiung, Taiwan, ROC.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| incudine | MIRDC | prodotta da MIRDC | |
| DP780 | China Steel Corporation | CSC DP780 | |
| agitatore | saldatrice a punti MIRDC | realizzata da MIRDC | |
| tool pin | KINIK COMPANY | DBN2B005B |
Riferimenti
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