Name: DP780スチールの摩擦攪拌スポット溶接によるラップジョイントの生成 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 18 s
Description: 学ぶ 摩擦攪拌スポット溶接（FSSW）によるDP780スチールのラップジョイント生成法。高強度鋼の低熱入力接合技術を習得し、自動車産業の軽量化に貢献するプロセスを理解できます。

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我々は、中国鉄鋼会社のK.C.ヤン博士に対し、材料支援に感謝し、実験的なFSSWへの支援に関して、MIRDCのL.D.王、C.K.王、B.Y.ホン氏に感謝の意を表したいと思います。この研究は、台湾の高雄にある金属産業研究開発センターの支援を受けました。

1. 材料の準備
注:厚さ1.6mmのDP780枚を40mm x 125mmのクーポンに加工してください。FSSWの接合箇は機械テストのためのラップせん断の標本として設計されている。RSW標準NF ISO 18278-2に続いて、35 mm×40 mm のオーバーラップで 2 つの 125 mm×40 mm シートを結合します。2005. 切り捨てられたコーンショルダーを持つ幾何学的な設計多結晶ダイヤモンドツール。ジオメトリの設計を図 1aに示します。ピンの直径は5ミリメートルです。長さは2.5mm、肩幅は10mmです。実際のツールピンを図1bに示します。
<ol><li>安全に関するガイドライン<ol>
<li>フードやバッフル、ゴーグル、手袋などのデバイスを保護するために使用します。</li>
		<li>フードまたはバッフルの後ろに立つ。ゴーグルと手袋を着用して、スプラッシュ接触や熱損傷を防ぎます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>FSSW マシン設定<ol>
<li>MIRDC製の摩擦攪拌溶接機を使用して、すべてのジョイントを製造します。</li>
		<li>埋め込みデータ集録(DAQ)システムを使用して、各結合操作中のZ軸力と貫通深度を記録します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>パラメータ設定<ol>
<li>このスタディでは、2,500 rpmのツールピン回転速度、4sのツールピンの留まり時間、およびツールピンのレートpf 0.5 mm/sがシートに突入するというパラメータを使用します。</li>
		<li>演算子のパラメーターを最適化します。回転速度の範囲は1,000- 2,500のrpmである。ドウェル時間の範囲は2-10 sからであり、急落率は0.1-0.5 mm/sにすることができます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 手続き
注: ワークスペースを図2に示します。すべての製造手順は、作業スペースで完了します。手順の前に、溶接プロセスシーケンスは、工具の回転と貫通深さの組み合わせだけでなく、予熱、急落、住居、引き込み、およびポスト加熱を含む一連のシーケンスで構成されています。すべてのステップは、作業フローチャートの形で図 3に示されています。
<ol><li>DP780ワークの準備<ol>
<li>溶接プロセスの前に、ワークを汚染する不純物基板がないことを確認してください。編みのマイクロファイバー生地を使用して、ワークの表面を拭き取り、小さな粒子を除去します。</li>
	</ol></li>
	<li>DP780ワークを置き、クランプ2 DP780シート(サイズ:125 mm x 40 mm)と35mmの重なりを付けます。</li>
	<li>不純な基板汚染を防ぐためにピンが清潔であることを確認します。編み物のマイクロファイバーファブリックを使用して、ツールピンの表面を拭き取り、小さな粒子を除去します。</li>
	<li>マシンのクランプでピンを固定します。<ol>
<li>ツールピンのクランプのために、ツールピンをしっかりとねじ込みます。</li>
		<li>ピンクランプステップに注意してください。危険を避けるために、ピンが機械でしっかりと締め付けされていることを確認します。回転ツールは、クランプ力を加えることによって、溶接の前と溶接中にワークがしっかりと押し付けられる非回転クランプリングで囲まれています。図 3aに示す図では、ツール ピンの固定に使用するクランプ リングを示します。このステップの後、生産はフローチャートに表示されます。</li>
		<li>安全を確保する。</li>
		<li>クランプリングのない高速回転ピンが緩むことを確認します。ツールピンを機械に置くときは、安全上の理由から、回転中にツールピンがクランプから離れていないことを確認します。用具ピンは1分で10から100のrpmへの低い回転率を使用する。速度は1分以内に100から1,000のrpmまで加速することができる(図3b)。</li>
	</ol></li>
	<li>マシン設定<ol>
<li>次のパラメータを使用します: 3,000 rpm の回転数、4 s のドウェル、および 0.5 mm/s (図 3c)の急落率。</li>
	</ol></li>
	<li>溶接位置をキャリブレーションします(図3dと図4aに示す実際の製品)。<ol>
<li>攪拌スポット溶接機にピンをセットします。ピンとワークピースの間のギャップは、ジョイント位置を調整するために5cmより小さくなります。位置が確認された後、溶接プロセスに進みます。</li>
	</ol></li>
	<li>溶接中は、怪我をしないようにゴーグルや手袋を着用してください。<ol>
<li>工具ピンをワークに突っ込むには、高速回転下で工具で溶接プロセスを開始します。ツールショルダーはワークピースに接触し、回転を停止し、ピンを引き込みます。</li>
	</ol></li>
	<li>急落<ol>
<li>攪拌ボタンをオンにします。機械がウォームアップしたら、工具ピンが2,500rpmの回転速度で一貫して動作していることを確認します。2,500 rpm の高速回転の下でツール ピンがしっかりと締め付けされていることを確認します。ピンは高速回転の下でワークに突入し、肩は高い角度の速度でワークに接触する(図3e)。実際の製品を図4bに示します。</li>
	</ol></li>
	<li>攪拌<ol>
<li>落ちた工具ピンがワークで撹拌を続けるにつれて、摩擦熱からピンと材料のインターフェースを柔らかくして穀物を作成します。工具ピンの肩がワークピースの上部に接触した場合は、ツールピンの高回転が高温を発生する可能性があるため、プロセスを停止します。動作の安全性を確保する保護具を着用することが重要です(図3fを参照)。実際の製品を図4cに示します。</li>
	</ol></li>
	<li>取り消し<ol>
<li>ツールピンを垂直方向に引き出します。プロシージャの後、ピンはラップジョイントのキーホール溶接スポットを作成します。このステップでは摩擦攪拌スポット溶接が停止します(図3g)。実際の製品を図4eに示します。</li>
	</ol></li>
	<li>ワークを取り外します。<ol>
<li>マシンの電源を切ります。</li>
		<li>溶接が完了したら、アンビルからワークを取り外します。亀裂や融合の欠如のためのサンプルを観察します。</li>
		<li>ツールピンを取り外します。</li>
		<li>手順の後、クランプリングからツールピンを取り外します。ツールピンの外観を観察し、チェックします(図5)。</li>
	</ol></li>
</ol>3. 機械的特性評価
<ol><li>FSSW溶接の顕微鏡検査 (図 3h)<ol>
<li>顕微鏡サンプル製剤</li>
		<li>光学顕微鏡画像と二次電子画像解析を用いて接合領域の断面積を測定する。接地された炭化ケイ素紙を用いて、200~2,000のグリットサイズで、グリットサイズが200から始まり、順番に増加する顕微鏡サンプルを準備します。室温で7-10 sのための4%の硝液と0.03%のアルミナおよびエッチングでサンプルを磨く。</li>
		<li>顕微鏡観察</li>
		<li>光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡を用いて、微細構造を観察し、特徴付けます。20 kVの電圧と10 μmの作動距離を使用してください。光学顕微鏡検査から、任意の小さな亀裂ラインまたは融合ゾーンの欠如を決定することができます。スキャン電子顕微鏡を使用して、マルテンサイトとオーステナ数分布と粒径を分析します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>マイクロハードネス<ol>
<li>マイクロ硬度実験を3回以上確認します。値が小さすぎて、標準偏差を明確に示せていませんでした。</li>
		<li>300gのテスト負荷サンプルおよびテストごとの0.5 mmのビッカースダイヤモンドの圧ペンターを押す。</li>
		<li>300gの負荷と15秒の保持時間を持つマイクロ硬度試験機を使用して、DP780鋼板のマイクロ硬度試験を行います。マイクロ硬度試験では、攪拌帯の硬度分布と個々の硬度値、熱機械影響ゾーン、熱影響ゾーン、溶接部のベースメタルが明らかになりました。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

著者は何も開示していない。

急落段階は、FSSWプロセス中に最も重要です。ピンの肩から来る十分な摩擦熱がなければ、ワークを柔らかくし、ピンが骨折します。FSSW プロセスの工具ジオメトリ、回転速度、ドウェルタイム、および工具の浸透深さ26パラメータは、ジョイントの整合性を決定するうえで重要な役割を果たします。TPDおよびツール形状27は、特に溶接性および関節特性に重要な影響を及ぼすと報告された。
ピンの形状は円筒形、ワール、MXトリフルート、フレアドトリフルート、Aスキュー、およびTWI28によって設計された再攪拌でした。彼らは、ツールの動きと溶接トルクは、激しい撹拌によって引き起こされる通過力によって低減することができるので、お尻の溶接には適していますが、ラップ溶接には適していません。フレアトライフルート、Aスキュー、リ攪拌ツールピンはラップ溶接に適しています。この設計は、ピンの掃引量を増やして、より広い作業ラップジョイント29<...

摩擦攪拌溶接(FSW)は、1991年に英国のアビントン州TWIで最初に報告されました。2003年、PicciniとSvobodaは、商用自動車製造プロセス2で使用するための摩擦攪拌スポット溶接(FSSW)と呼ばれるFSWの利点を高める優れた方法を決定しました。FSSW法では、バルク領域の融解のないスポットラップジョイントを作成します。FSSWの使用のための最も重要な開発は、高温条件下での溶接プロセスでアル合金が変形するアルミニウム合金です。最初の成功例は、マツダのRX-81、3、4のリアドア全体の製造にFSSWが使用された自動車産業でした。
一方、高強度鋼は車体の支配的な材料であり、具体的には二相鋼である。文献は、FSSWで製造されたDP600は、すべての溶接領域が同様の微細構造と硬度5を有するベースメタルと同じ特性を持つことができることを示しています。攪拌ゾーン(SZ)、サーモス機械的影響ゾーン(TMAZ)、およびDP590およびDP600鋼の故障モデルの微細構造にDP鋼を使用するためのFSSW方法は、いくつかの研究者によって研究されています。彼らは、様々な回転速度6、7、8、9、10でDP590およびDP600鋼の微細構造(フェライト、ベイライト、およびマルテンサイト)の一貫性の違いを観察した。一部の研究者は、DP780スチール8、9のためのFSSWとRSWの比較研究を行いました。彼らは、より長い接合時間とより高いツール回転速度は、すべての急落のための結合領域の増加をもたらし、より高いせん断力をもたらし、モードを界面から引き出すためにシフトしたと報告しました。彼らはまた、FSSWはRSWよりも高い強度を持っていると結論付けました。FSSWプロセスには、急落、撹拌、引き込みの3つのステップが含まれています。最初のステップは、ラップジョイントのシートの近くに回転ツールピンで急落し、シートに差し込まれています。FSSWプロセスの回転ツールショルダーは摩擦熱を発生させかねない。第2段階では、熱はシートを柔らかくし、シートにツールピンを差し込むだけでなく、材料に住んで2つのワークを一緒に攪拌し、ピン領域の周りに混合することができます。最後に、工具のショルダープレスからの圧力は、接着を高めることができます。溶接プロセスの後、ピンは鍵穴から引き込むことができる。RSWと比較してFSSWの利点は、より低い溶接温度、水しぶきなし、製造プロセスのより安定性です。
高度高強度鋼(AHSS)のFSSWに関する研究は様々な研究者によって報告されていますが、DP590、DP600、DP780のFSSWに関する研究は、微細構造と様々なプロセスを用いる機械的および故障モデルに焦点を当てています。パラメーター。本研究では、DP780鋼のFSSWを検討した。FSSWプロセスのプロトコルを詳細に報告し、攪拌ゾーン、サーモス機械的影響ゾーン、熱影響ゾーン、およびベースメタルの個々の硬度を測定したマイクロ硬度に基づいて評価した。
自動車および航空宇宙産業における継続的な成長と軽量化に対する重い需要により、自動車産業はAHSSおよびラップジョイントへの関心を高めています。例えば、自動車の従来の鋼体は、平均して、2,000点以上のスポット溶接ラップジョイント11を有する。抵抗スポット溶接、レーザースポット溶接、摩擦スポット溶接12など、業界で使用されるラップジョイントには3つの一般的な溶接プロセスがあります。重量を減らす一つの方法は、高度な高強度鋼(AHSS)を使用することです。最も人気のある材料は、自動車産業13、14、15、16でますます使用されている二相および変換誘発可塑性(TRIP)鋼です。自動車業界は、車載重量の減少に伴う燃費の向上や衝突エネルギー吸収により強度基準を高めているため、異なる材料や溶接工程の使用が重要な課題となっています。

<table><tbody>MIRDC DP780によって<tr><td>なされる</td><td>アンビル</td><td>MIRDC</td><td></td></tr>は<tr><td></td><td>中国鋼鉄株式会社</td><td>CSC DP780</td><td></td></tr><tr><td>によってなされる攪拌スポット溶接機</td><td>MIRDC</td><td></td>によって<td>なされる MIRDC</td></tr><tr><td>用具ピン</td><td>KINIK COMPANY</td><td>DBN2B005B</td><td></td></tr></tbody></table>

dp780スチールの摩擦攪拌スポット溶接によるラップジョイントの生成

Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

摩擦攪拌スポット溶接(FSSW)は、摩擦攪拌溶接(FSW)の誘導体であり、1991年に開発された固体溶接技術です。2003年、自動車のリアドアに使用されていたアルミニウム合金の業界アプリケーションが自動車業界で見つかりました。摩擦攪拌スポット溶接は、主にラップジョイントを作成するためにAl合金で使用されます。摩擦攪拌スポット溶接の利点は、抵抗スポット溶接と比較して水しぶきなしで熱変形溶接を下げるほぼ80%の溶融温度が含まれています。摩擦攪拌スポット溶接は3つのステップを含んでいる:急落、撹拌および引き込み。本研究では、高強度鋼を含む他の材料も、関節を作成するための摩擦攪拌溶接法に用いられる。DP780は、従来の溶接プロセスが抵抗スポット溶接の使用を伴う、自動車産業で使用されるいくつかの高強度鋼材の一つです。本論文では、DP780を摩擦攪拌スポット溶接に用い、その微細構造と微細硬度を測定した。微細構造データは、微粒の融合ゾーンと島のマルテンサイトとの熱効果ゾーンがあることを示した。マイクロ硬度の結果は、中心ゾーンがベースメタルに比べて硬度が高いことを示した。すべてのデータは、二相鋼780で使用される摩擦攪拌スポット溶接が良好なラップジョイントを作成できることを示した。将来的には、工場製造工程に適用される高強度鋼溶接に摩擦攪拌スポット溶接を使用することができます。

図3には、摩擦攪拌スポット溶接工程が、急落(図3e)、撹拌(図3f)、および後退(図3g)の3つの部分で構成されていることを示す図があります。我々の研究では、溶接スポットが生成される可能性があります。浸透深度は評価された1つの因子である。図 6aでは、FSSW は中央にキーホールを作成し、2 枚のジョイントを作成します。鍵穴の測定深さは、シート上部から鍵穴底面(図6b)までです。測定値は図 6cに示され、設定値は 2 cm、実際の値は 1.92 ~ 1.98 cm です。図 7の図は、DP780 シー...

ここでは、デュアルフェーズ780鋼の摩擦攪拌スポット溶接(FSSW)プロトコルを提示する。高速回転を持つツールピンは、摩擦から熱を発生して材料を柔らかくし、ピンが2枚のシートジョイントに突入してラップジョイントを作成します。

DP780スチールの摩擦攪拌スポット溶接によるラップジョイントの生成

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry ...

自動車業界の軽量化要求は、ラップジョイントや高度な高強度鋼(AHSS)への関心を高めています。しかし、AHSSスポット溶接ジョイントには、プロセスの信頼性に関する課題があります。抵抗スポット溶接と比較して摩擦攪拌スポット溶接、またはFSSWの利点は、低い溶接温度、スプラッシュなし、および製造プロセスの安定性です。この手順のデモンストレーションは、私の研究室の大学院生であるチェン・チアピンとスー・ハオです。この手順の間に、スプラッシュ接触や熱損傷を防ぐためにゴーグルと手袋を着用してください。また、保護のためにフードやバッフルの後ろに立ちます。摩擦撹拌溶接機を使用してすべての関節を製造します。組み込みデータ集録システムを使用して、各結合操作中にZ軸力と貫入深度を記録します。工具ピン回転速度を25,000 RPM、工具ピン溶接時間を4秒、工具ピンの毎秒0.5ミリメートルのレートをシートに突っ込みます。演算子のパラメータを最適化します。回転速度の範囲は1,000~2,500RPMである。住まい時間の範囲は2から10秒であり、プランジレートは毎秒0.1〜0.5ミリメートルにすることができます。溶接工程の前に、ワークピースを汚染する不純物の基質がないことを確認してください。ニットマイクロファイバー生地でワークピースの表面を拭き取り、小さな粒子を除去します。DP 780ワークピースを配置し、35ミリメートルの重なりを持つtWo DP 780シートをクランプします。シフトを防ぐために、アンビル上のきれいな作業片を固定します。ピンが清潔であることを確認して、不純な基板汚染を防ぎます。ニットマイクロファイバー生地を使用して、工具ピンの表面を拭きます。ピンを機械のクランプで固定するには、まず工具ピンをしっかりとねじ込みます。ピンクランプステップに注意してください。危険を避けるために、ピンが機械にしっかりと固定されていることを確認します。回転工具は非回転クランプリングで囲まれており、ワークピースはクランプ力を加えることによって溶接前と溶接時にしっかりと押し付け合います。クランプリングのない高速回転ピンが緩むのを確認します。工具ピンを機械に取り付けた場合は、安全上の理由から、工具ピンが回転中にクランプから分離しないようにしてください。工具ピンは1分間で10~100RPMの低回転速度を使用します。速度は1分で100から1,000のRPMに加速できる。機械を3,000 RPMの回転速度、4秒の住み込み、毎秒0.5ミリメートルのプランジレートに設定します。溶接場所と実際の製品を調整します。攪拌スポット溶接機にピンをセットします。ピンとワークピースの間のギャップは、関節の位置を調整するために5センチメートル未満です。位置が確認されたら、溶接工程に進みます。高速回転の下で工具を使用して溶接処理

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Research

JoVE Journal

Engineering

工学

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学ぶ 摩擦攪拌スポット溶接（FSSW）によるDP780スチールのラップジョイント生成法。高強度鋼の低熱入力接合技術を習得し、自動車産業の軽量化に貢献するプロセスを理解できます。

DP780スチールの摩擦攪拌スポット溶接によるラップジョイントの生成

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