Name: DP780 강철의 마찰 교반 점 용접을 통해 랩 조인트 생성 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 18 s
Description: 배우세요 DP780 강철의 마찰 교반 점 용접(FSSW)을 통한 랩 조인트 생성 방법을. 고속 회전하는 도구 핀을 사용하여 마찰열로 재료를 연화시키고 두 장의 판재를 접합합니다. 이 기술은 저온 용접, 비산 방지, 공정 안정성을 제공하여 자동차 산업의 경량화 요구에 적합합니다.

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중국철강회사의 K.C. Yang 박사에게 물질적 지원을 부탁드리며, MIRDC에서 실험적인 FSSW에 도움을 주신 왕씨, 왕씨, B. Y. Hong 씨에게 감사를 표합니다. 이 연구는 대만 가오슝금속 산업 연구 개발 센터의 지원을 받았습니다.

1. 재료 준비
참고: 1.6mm 두께의 DP780 시트를 40mm x 125mm 쿠폰으로 가공합니다. FSSW 조인트는 기계 시험을 위한 랩 전단 시편으로 설계되었습니다. RSW 표준 NF ISO 18278-2에 따라 35mm 40mm 오버랩으로 125mm 40mm 시트 2개를 결합합니다. 2005. 잘린 콘 어깨와 지오메트리 디자인 다결정 다이아몬드 도구. 형상 설계는 그림 1a에표시됩니다. 핀의 직경은 5mm; 길이는 2.5mm, 어깨 너비는 10mm입니다. 실제 도구 핀은 그림 1b에나와 있습니다.
<ol><li>안전 지침<ol>
<li>보호를 위해 후드 나 배플, 고글 및 장갑과 같은 장치를 사용하십시오.</li>
		<li>후드 나 배플 뒤에 서있습니다. 고글과 장갑을 착용하여 물보라 접촉이나 열 손상을 방지하십시오.</li>
	</ol>
</li>
	<li>FSSW 기계 설정<ol>
<li>MIRDC제 마찰 교반 용접기 기계를 사용하여 모든 조인트 제조.</li>
		<li>임베디드 데이터 수집(DAQ) 시스템을 사용하여 각 조인 작업 동안 Z 축력 과 침투 깊이를 기록합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>매개 변수 설정<ol>
<li>이 연구에서는 공구 핀 회전 속도 2,500rpm, 공구 핀 거주 시간 4초, 공구 핀 의 비율 pf 0.5mm/s가 시트에 급락하는 등의 매개 변수를 사용합니다.</li>
		<li>연산자의 매개 변수를 최적화합니다. 회전 속도의 범위는 1,000- 2,500 rpm입니다. 거주 시간은 2-10s이며 급락 속도는 0.1-0.5 mm/s일 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 수속
참고: 작업 공간은 그림2에 표시됩니다. 모든 제조 절차는 작업 공간에서 완료됩니다. 절차 전에 용접 공정 시퀀스는 공구 회전 및 관통 깊이의 조합뿐만 아니라 예열, 급락, 주거, 후퇴 및 사후 가열을 포함한 일련의 시퀀스로 구성됩니다. 모든 단계는 그림 3에 작업 순서도의 형태로 표시됩니다.
<ol><li>DP780 공작품 준비<ol>
<li>용접 공정 전에 공작물을 오염시키는 불순물 기판이 없는지 확인하십시오. 니트 마이크로 섬유 직물을 사용하여 작은 입자를 제거하기 위해 공작물의 표면을 닦으하십시오.</li>
	</ol></li>
	<li>DP780 공작물, 2DP780 시트(크기: 125mm x 40mm)를 35mm 겹침으로 고정합니다.</li>
	<li>불순한 기판 오염을 방지하기 위해 핀이 깨끗한지 확인하십시오. 니트 극세사 원단을 사용하여 공구 핀의 표면을 닦아 작은 입자를 제거하십시오.</li>
	<li>기기에 클램프가 있는 핀을 고정합니다.<ol>
<li>공구 핀 클램핑을 위해 공구 핀을 다시 단단히 조입니다.</li>
		<li>핀 클램핑 단계에 주의하십시오. 위험을 피하기 위해 핀이 기기에 단단히 고정되어 있는지 확인하십시오. 회전 공구는 클램핑 력을 적용하여 용접 전과 용접 중에 공작물이 서로 단단히 눌러지는 비회전 클램핑 링으로 둘러싸여 있습니다. 그림 3a에 표시된 그림은 공구 핀을 고정하는 데 사용되는 클램프 링을 나타냅니다. 이 단계 후에 는 생산이 순서도에 표시됩니다.</li>
		<li>안전을 보장합니다.</li>
		<li>클램프 링이 없는 고속 회전 핀이 느슨해지 않는지 확인합니다. 공구 핀을 장비에 놓으면 안전상의 이유로 회전 중에 공구 핀이 클램프와 분리되지 않았는지 확인하십시오. 공구 핀은 1분 만에 10~100rpm의 낮은 회전속도를 사용합니다. 속도는 1분 이내에 100rpm에서 1,000rpm까지 가속할 수 있습니다(그림3b).</li>
	</ol></li>
	<li>컴퓨터 설정<ol>
<li>회전 속도 3,000rpm, 4s의 거주 속도 및 0.5mm/s의 플런지 속도(그림3c)를 사용합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>용접 위치를 보정합니다(그림3d 및 그림 4a에표시된 실제 제품).<ol>
<li>교반 점 용접기 기계에 핀을 설정합니다. 핀과 공작품 사이의 간격이 조인트 위치를 보정하기 위해 5cm보다 작습니다. 위치가 확인된 후 용접 공정으로 이동합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>용접 중에는 부상을 방지하기 위해 고글과 장갑을 착용하십시오.<ol>
<li>공구를 고속 회전으로 용접 프로세스를 시작하여 공구 핀을 공작물에 떨어급질합니다. 공구 숄더는 공작기계와 접촉하고 회전을 멈추고 핀을 후퇴시입니다.</li>
	</ol></li>
	<li>폭락<ol>
<li>교반 버튼을 켭니다. 기기가 따뜻해지면 공구 핀이 2,500rpm 회전 속도로 일관되게 작동하고 있는지 확인합니다. 공구 핀이 2,500rpm의 고속 회전 하에서 잘 고정되어 있는지 확인합니다. 핀은 고속 회전하에 공작물에 스며들어 어깨는 고각 속도로 공작물에 접촉합니다(그림3e). 실제 제품은 그림 4b에나와 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>교 반<ol>
<li>급락 공구 핀이 공작물에서 계속 교반됨에 따라 핀의 인터페이스와 마찰 열에서 재료를 부드럽게 하여 그레인을 만듭니다. 공구 핀의 어깨가 공작물의 상단과 접촉하면 공구 핀의 높은 회전이 고온을 생성할 수 있으므로 프로세스를 중지하십시오. 작동 안전을 보장하는 보호 장비를 착용하는 것이 중요합니다(그림 3f참조). 실제 제품은 그림 4c에나와 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>철회<ol>
<li>공구 핀을 세로 방향으로 그립니다. 시술 후 핀은 랩 조인트에 키 홀 용접 지점을 만듭니다. 이 단계에서 마찰 교반 스폿용접이 중지됩니다(그림 3g). 실제 제품은 그림 4e에나와 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>공작물제거합니다.<ol>
<li>기기 전원을 끕니다.</li>
		<li>용접이 완료된 후 모루에서 공작물빼기입니다. 균열과 융합의 부족에 대한 샘플을 관찰.</li>
		<li>도구 핀을 제거합니다.</li>
		<li>시술 후 클램프 링에서 공구 핀을 제거합니다. 공구 핀의 모양을 관찰하고 확인합니다(그림 5).</li>
	</ol></li>
</ol>3. 기계적 특성 평가
<ol><li>FSSW 용접의 현미경 검사 (그림3h)<ol>
<li>현미경 시료 준비</li>
		<li>광학 현미경 영상 및 이차 전자 이미지 분석을 사용하여 접합 영역의 단면적을 측정합니다. 200에서 2,000에 이르는 모래 크기의 접지 된 실리콘 카바이드 종이를 사용하여 현미경 샘플을 준비하십시오 200의 모래 크기로 시작하여 순차적으로 증가합니다. 0.03% 알루미나와 에칭으로 시료를 연마하고 실온에서 7-10s용 4% 니탈 용액으로 에칭합니다.</li>
		<li>현미경 검사법 관찰</li>
		<li>광학 현미경 및 주사 전자 현미경을 사용하여 현미경 구조를 관찰하고 특성화합니다. 20 kV의 전압과 10 μm의 작동 거리를 사용합니다. 광학 현미경 검사법에서, 융합 영역의 어떤 작은 균열 선 또는 부족든지 결정할 수 있습니다. 스캐닝 전자 현미경을 사용하여 마르텐사이트 및 오스테인 분포 및 입자 크기를 분석합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>미세 한도<ol>
<li>미세 경도 실험을 3회 이상 확인합니다. 값이 너무 작아서 표준 편차를 명확하게 나타내지 않았습니다.</li>
		<li>300g의 테스트 부하 샘플과 테스트당 0.5mm의 비커스 다이아몬드 인덴터를 누릅니다.</li>
		<li>300g의 하중과 15초의 유지 시간을 가진 미세 경도 테스트 기계를 사용하여 DP780 강판의 미세 경도 테스트를 수행합니다. 미세 경도 테스트는 교반 영역, 열기계 영향 영역, 열 영향 영역 및 용접의 기본 금속에서 경도 분포 및 개별 경도 값을 밝혀냈습니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 할 것이 없다.

급락 단계는 FSSW 프로세스 중에 가장 중요합니다. 공작을 부드럽게하기 위해 핀의 어깨에서 나오는 충분한 마찰 열없이, 핀이 골절됩니다. FSSW 공정의 공구 형상, 회전 속도, 거침효 및 공구 침투 깊이 26파라미터는 조인트 무결성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. TPD 및 공구 지오메트리(27)는 특히 용접성 및 조인트 특성에 중요한 영향을 미친다고 보고되었다.
핀의 형상은 원통형, Whorl, MX Triflute, 플레어 트리플루트, A-스큐 및 TWI28에의해 설계된 재교반이었다. 그들은 엉덩이 용접에 적합하지만 공구 모션과 용접 토크가 강렬한 교반으로 인한 통과력에 의해 감소 될 수 있기 때문에 랩 용접에 적합하지 않습니다. 플레어 트리플루트, A-스큐 및 재교반 공구 핀은 랩 용접에 적합합니다. 이 설계는 더 넓은 작업 랩 조인트(2...

마찰 교반 용접 (FSW)은 1991 년영국애빙턴 TWI에서 처음 보고되었습니다. 2003년, Piccini와 Svoboda는 상용 자동차 제조공정에사용하기 위해 마찰 교반 점 용접(FSSW)이라고 하는 FSW의 장점을 향상시키는 우수한 방법을 2. FSSW 방법은 벌크 영역이 녹지 않고 스팟 랩 조인트를 만드는 것을 포함합니다. FSSW의 사용을위한 가장 중요한 개발은 Al 합금이 고온 조건에서 용접 공정에서 변형으로 알루미늄 합금에 있었다. 첫 번째 성공적인 예는 FSSW가 마즈다의RX-81,3,4의전체 후면 도어를 제조하는 데 사용 된 자동차 산업에 있었다.
한편, 고강도 강철은 차체, 특히 이중상 강철의 지배적인 소재이다. 이 문헌은 FSSW로 생산된 DP600이 모든 용접 영역이 유사한 미세 구조와 경도 도를가진 기본 금속과 동일한 특성을 가질 수 있음을 나타냅니다 5. FSSW는 교반 구역(SZ), 보온병 기계적 영향을 받는 영역(TMAZ) 및 DP590 및 DP600 강철의 고장 모델에 DP 강철을 사용하는 방법을 연구했습니다. 그들은 다양한 회전 속도6,7,8,9,10에서DP590 및 DP600 강철의 미세 구조 (페릿, 바이니트 및 마르텐 사이트)의 일관성의 차이를 관찰했다. 일부 연구원은 DP780 강철8,9에대한 FSSW 및 RSW의 비교 연구를 실시했다. 그들은 더 긴 결합 시간과 더 높은 공구 회전 속도가 모든 플런지에 대한 결합 영역을 증가시키는 결과를 보고, 이는 더 높은 전단력을 주도하고 계면에서 당겨 모드를 이동. 그들은 또한 FSSW가 RSW보다 더 높은 강도를 가지고 있다고 결론을 내렸다. FSSW 프로세스에는 플런지, 교반 및 후퇴의 3단계가 포함됩니다. 첫 번째 단계는 랩 조인트 시트 에 가까운 회전 도구 핀으로 급락하고 시트에 연결합니다. FSSW 공정의 회전 공구 어깨는 마찰 열을 생성할 수 있습니다. 두 번째 단계에서는 열을 부드럽게 하고 공구 핀을 시트에 쉽게 꽂을 수 있으며 재료에 거주하여 두 개의 공작작물을 함께 저어주고 핀 영역 을 중심으로 혼합할 수 있습니다. 마지막으로, 공작물의 공구 숄더 프레스의 압력은 접합을 향상시킬 수 있습니다. 용접 공정 후, 핀은 열쇠 구멍에서 철회 될 수있다. RSW와 비교하여 FSSW의 장점은 용접 온도가 낮고 튀지 않으며 제조 공정에서 안정성이 향상됩니다.
FSSW의 첨단 고강도 강철(AHSS)에 대한 연구가 여러 연구진에 의해 보고되었지만, DP590, DP600 및 DP780의 FSSW에 대한 연구는 다양한 공정을 이용한 미세 구조 및 기계 및 고장 모델에 초점을 맞추고 있습니다. 매개 변수. 본 연구에서는 DP780 강철의 FSSW를 고려했다. FSSW 공정의 프로토콜은 상세히 보고되었고, 교반 영역, 보온병-기계적 영향을 받는 영역 및 열 영향 영역뿐만 아니라 비금속의 개별 경도는 측정된 미세 경도에 기초하여 평가되었다.
자동차 및 항공 우주 산업의 지속적인 성장과 중량 감축에 대한 수요가 증가함에 따라 자동차 산업은 AHSS 및 랩 조인트에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 예를 들어, 자동차의 종래의 강철 본체는 평균적으로 2,000개 이상의스팟 용접 랩 조인트(11)를 가지고 있다. 저항 스폿 용접, 레이저 스폿 용접 및 마찰 스폿 용접(12)을포함하여 업계에서 사용되는 랩 조인트에 대한 3 가지 일반적인 용접 공정이 있습니다. 무게를 줄이는 한 가지 방법은 고급 고강도 강철 (AHSS)을 사용하는 것입니다. 가장 인기있는 재료는 자동차 산업에서 점점 더 사용되고있는 이중 상 및 변형 유도 가소성 (TRIP) 강철입니다13,14,15,16. 자동차 산업은 차량 중량 감소로 연료 소비 및 충돌 에너지 흡수 개선으로 강도 기준을 증가시켰기 때문에 다양한 재료와 용접 공정의 사용이 중요한 문제가 되고 있습니다.

<table><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td>MIRDC</td></tr><tr><td>DP780</td><td>China steel Corporation</td><td>CSC DP780</td><td></td></tr><tr><td>교반 스폿 용접기</td> 기계 <td>MIRDC</td><td>MIRDC</td><td></td></tr><tr><td>도구 핀</td><td>KINIK COMPANY</td><td>DBN2B005B</td><td></td></tr></tbody></table>

dp780 강철의 마찰 교반 점 용접을 통해 랩 조인트 생성

Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

마찰 교반 스폿 용접 (FSSW), 마찰 교반 용접 (FSW)의 유도체는 1991 년에 개발 된 고체 용접 기술이다. 2003년 자동차 의 뒷문에 사용된 알루미늄 합금에 대한 산업 응용 분야가 자동차 산업에서 발견되었습니다. 마찰 교반 스폿 용접은 주로 무릎 관절을 만들기 위해 알 합금에 사용됩니다. 마찰 교반 스폿 용접의 이점은 저항 스폿 용접에 비해 튀지 않고 열 변형 용접을 낮추는 거의 80% 용융 온도를 포함합니다. 마찰 교반 스폿 용접에는 플런지, 교반 및 후퇴의 3단계가 포함됩니다. 본 연구에서는 고강도 강철을 포함한 다른 재료도 마찰 교반 용접 방법으로 사용하여 조인트를 생성합니다. DP780은 전통적인 용접 공정에서 저항 스폿 용접을 사용하며 자동차 산업에서 사용되는 여러 고강도 강재 중 하나입니다. 이 백서에서 DP780은 마찰 교반 스폿 용접에 사용되었으며, 미세 구조 및 미세 경도를 측정했습니다. 미세 구조 데이터는 섬 마르텐 사이트와 미세 한 곡물과 열 효과 영역과 융합 영역이 있음을 보여 주었다. 미세 경도 결과는 중심 영역이 기본 금속에 비해 더 큰 경도를 나타낸다는 것을 나타냈다. 모든 데이터는 이중 상 강철(780)에 사용되는 마찰 교반 점 용접이 양호한 랩 조인트를 생성할 수 있음을 나타냈다. 미래에, 마찰 교반 자리 용접산업 제조 공정에 적용되는 고강도 강철 용접에 사용될 수있다.

도 3에는 마찰 교반 스폿 용접 공정이 플런징(도3e),교반(도3f),후퇴(도3g)등 3부분으로 구성됨을 보여주는 다이어그램이 있다. 우리의 연구에서, 용접 자리가 생성 될 수있다. 침투 깊이는 평가된 한 가지 요소입니다. 그림 6a에서FSSW는 중앙에 키홀을 만들어 2장의 조인트를 작성합니다. 키홀의 측정 깊이는 시트 상단에서 키홀 바닥면까지입니다(그림6b). 측정 값은 설정 값이 2cm이고 실제 값은 1.92 ~ 1.98cm인 그림 6c에표시됩니다. 그림</st...

여기서, 우리는 이중 상 780 강철에 마찰 교반 스폿 용접 (FSSW) 프로토콜을 제시한다. 고속 회전이 있는 공구 핀은 마찰로 인한 열을 발생시켜 재료를 부드럽게 한 다음 핀이 2시트 조인트에 급락하여 랩 조인트를 만듭니다.

DP780 강철의 마찰 교반 점 용접을 통해 랩 조인트 생성

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 ...

자동차 산업의 중량 감소 요구는 랩 조인트와 첨단 고강도 강철 또는 AHSS에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 그러나 AHSS 스팟 용접 조인트에는 공정 신뢰성에 문제가 있습니다. 저항 스팟 용접과 비교하여 마찰 교반 스팟 용접 또는 FSSW의 장점은 용접 온도가 낮고 스플래시가 없으며 제조 공정의 안정성이 향상됩니다.절차를 시연하는 것은 내 실험실에서 대학원생 인 청 치아 핑과 Hsu Hao입니다. 이 절차 동안 고글과 장갑을 착용하여 스플래시 접촉이나 열 손상을 방지합니다. 또한 후드 또는 보호를위한 배플 뒤에 서있다.마찰 교반 용접기 기계를 사용하여 모든 관절을 제조합니다. 임베디드 데이터 수집 시스템을 사용하여 각 결합 작업 중에 z 축력 및 침투 깊이를 기록합니다. 공구 핀 회전 속도 25, 000 RPM, 공구 핀 용접 시간 4초, 공구 핀의 초당 0.5밀리미터 의 속도를 시트에 넣습니다.연산자의 매개 변수를 최적화합니다. 회전 속도의 범위는 1, 000 ~ 2, 500 RPM입니다. 거주 시간의 범위는 2 초에서 10 초까지 일 수 있으며 급락률은 초당 0.1 ~ 0.5 밀리미터일 수 있습니다.용접 공정 전에 작업 조각을 오염시키는 불순물 기판이 없는지 확인하십시오. 작은 입자를 제거하기 위해 니트 마이크로 화이버 직물로 작업장의 표면을 닦아. DP 780 의 작업 조각을 배치하고 35 밀리미터의 중복 tWo DP 780 시트를 클램프.이동을 방지하기 위해 모루에 깨끗한 작업 조각을 수정합니다. 핀이 깨끗하여 불순한 기판 오염을 방지합니다. 니트 마이크로 화이버 원단을 사용하여 공구 핀의 표면을 닦으시다.기계에 클램프로 핀을 고정하려면 먼저 공구 핀에 단단히 나사를 놓습니다. 핀 클램핑 스텝에 주의를 기울이세요. 위험을 피하기 위해 핀을 기계에 단단히 고정되어 있는지 확인합니다.회전 공구는 고정력을 적용하여 용접 전과 용접 중에 작업 조각을 서로 단단히 누르는 비회전 클램핑 링으로 둘러싸여 있습니다. 클램프 링이 없는 고속 회전 핀이 느슨해지는지 확인합니다. 공구 핀을 컴퓨터에 배치할 때 안전상의 이유로 회전 중에 공구 핀이 클램프와 분리되지 않도록 합니다.공구 핀은 1분 만에 10RPM에서 100RPM까지 낮은 회전 속도를 사용합니다. 속도는 1분 이내에 100RPM에서 1, 000 RPM까지 가속할 수 있습니다. 기계를 3, 000 RPM의 회전 속도, 4초의 거주, 초당 0.5밀리미터의 급락속

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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단일 랩 전단 시험을 통해 용접 조인트의 기계적 특성에 대한 열가소성 복합 쿠폰의 초음파 용접

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용접 비드의 거의 실시간 계측을 획득하고 유한 요소 분석을 위해 결과 형상을 자동으로 준비하는 프로세스가 설명되어 있습니다.

용접 비드의 유한 요소 분석을 위한 자동 레이저 기반 형상 캡처

배우세요 DP780 강철의 마찰 교반 점 용접(FSSW)을 통한 랩 조인트 생성 방법을. 고속 회전하는 도구 핀을 사용하여 마찰열로 재료를 연화시키고 두 장의 판재를 접합합니다. 이 기술은 저온 용접, 비산 방지, 공정 안정성을 제공하여 자동차 산업의 경량화 요구에 적합합니다.

DP780 강철의 마찰 교반 점 용접을 통해 랩 조인트 생성

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