I ricercatori propongono un nuovo spot di resistenza ibrida

I ricercatori dell’Istituto di ottica e meccanica fine di Shanghai (SIOM) dell’Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno sviluppato un nuovo processo di saldatura laser a punti a resistenza ibrida per unire l’alluminio all’acciaio. Il processo, descritto in un documento ad accesso libero sulla rivista Materials & Design, esegue innanzitutto la saldatura a punti a resistenza di materiali diversi in alluminio e acciaio, seguita dalla saldatura a punti laser.

L'applicazione della struttura della carrozzeria in materiali dissimili tra alluminio e acciaio è una delle soluzioni chiave nel settore automobilistico per ridurre il peso del veicolo e migliorare il risparmio di carburante. Pertanto, negli ultimi decenni sono stati condotti numerosi lavori di ricerca per ottenere giunti di alta qualità utilizzando materiali diversi dall'alluminio all'acciaio. Tuttavia, ci sono due principali ostacoli alla saldatura di materiali diversi dall’alluminio all’acciaio.

Uno è che la solubilità estremamente bassa del ferro nell'alluminio (∼0,03%) porta alla facile formazione di composti intermetallici fragili (IMC: ad esempio FeAl3 e Fe2Al5) nella saldatura invece di fasi di soluzione solida durante il processo di saldatura; l'altro impedimento riguarda il grande stress termico e residuo prodotto nelle saldature a causa delle diverse proprietà termofisiche tra alluminio e acciaio come il coefficiente di dilatazione termica, che determina la formazione di crepe nello strato IMC e/o nella saldatura, riducendo così la deformazione plastica capacità e prestazione a fatica della saldatura.

… La saldatura a punti a resistenza (RSW) è uno dei metodi di giunzione più diffusi per la produzione di carrozzerie in bianco (BIW) grazie alla sua elevata efficienza e al basso costo. … Nonostante i vantaggi derivanti dall’unione di materiali omogenei, è ancora difficile per il processo RSW convenzionale unire direttamente metalli diversi tra alluminio e acciaio.

… Negli ultimi anni, la saldatura laser ha mostrato numerosi vantaggi come l’elevata efficienza produttiva e il basso apporto di calore, e la sua applicazione è gradualmente aumentata nell’industria automobilistica. … Tuttavia, la saldatura laser dell’alluminio sull’acciaio rappresenta ancora una grande sfida a causa della formazione di numerose crepe e di un IMC fragile, che ne impedisce un ampio utilizzo nell’unione di alluminio-acciaio.

Lo scopo di questo lavoro è sfruttare appieno i vantaggi della saldatura RSW e laser per collegare metalli diversi in alluminio e acciaio. Viene proposto un processo ibrido di saldatura a punti laser a resistenza (HRLW) che combina un processo RSW appositamente progettato con la saldatura laser in modo innovativo.

Lee et al.

Le saldature a punti sono realizzate mediante la tecnologia di connessione tramite saldatura a punti a resistenza; attorno ai punti di saldatura vengono quindi realizzate saldature circolari mediante la tecnologia di saldatura a volo laser.

I ricercatori hanno scoperto che miglioramenti significativi nelle proprietà meccaniche dei giunti alluminio/acciaio sono stati ottenuti modificando la struttura del giunto e controllando lo spessore dei fragili composti intermetallici. La saldatura a punti a resistenza presentava un notevole carico di trazione-taglio ma scarsa duttilità e assorbimento di energia a causa della presenza di un'area di legame debole attorno alla periferia del giunto, che facilitava l'innesco della cricca e la rapida propagazione.

Il seguente processo di saldatura a punti laser è stato condotto nell'area di legame debole del giunto di saldatura a punti a resistenza, che ha inibito la rapida propagazione delle cricche lungo l'interfaccia di contatto (una superficie di contatto è una delle superfici in contatto in un giunto) evitando la frattura dell'interfaccia.

Rispetto ai giunti di saldatura a punti a resistenza, il carico di picco di trazione-taglio e l’assorbimento di energia sono aumentati rispettivamente del 18,2% e del 424,8% per i giunti di saldatura ibridi.

Risorse

Mingfeng Li et al. (2022) "Saldatura ibrida a punti con laser a resistenza di materiali dissimili tra alluminio e acciaio: microstruttura e proprietà meccaniche", Materiali e design doi: 10.1016/j.matdes.2022.111022

Pubblicato il 06 settembre 2022 in Produzione, Contesto di mercato, Materiali, Riduzione del peso | Collegamento permanente | Commenti (0)