Generering af lap-samlinger via friktion røre spot svejsning på DP780 stål
Summary
Her præsenterer vi en friktion Stir spot svejsning (FSSW) protokol om dual Phase 780 stål. En værktøjs stift med højhastigheds rotation genererer varme fra friktion for at blødgøre materialet, og derefter kaster nålen ind i 2-arks samlinger for at skabe hofteleddet.
Abstract
Friktion Stir spot svejsning (FSSW), et derivat af friktion røre svejsning (FSW), er en solid-state svejsning teknik, der blev udviklet i 1991. En industri applikation blev fundet i bilindustrien i 2003 for aluminiumslegering, der blev brugt i bagdørene af biler. Friktion røre spot svejsning er for det meste anvendes i al legeringer til at skabe lap leddene. Fordelene ved friktion røre spot svejsning omfatter en næsten 80% smeltetemperatur, der sænker den termiske deformation svejsninger uden stænk i forhold til resistens spot svejsning. Friktion røre spot svejsning omfatter 3 trin: kaster, omrøring, og tilbagetrækning. I denne undersøgelse anvendes andre materialer, herunder højstyrkestål, også i friktions omrøringsmetoden til at skabe samlinger. DP780, hvis traditionelle svejseproces involverer brug af resistens spot svejsning, er en af flere højstyrkestål materialer, der anvendes i bilindustrien. I dette papir, DP780 blev brugt til friktion røre spot svejsning, og dens mikrostruktur og mikrohårdhed blev målt. Mikrostrukturens data viste, at der var en fusions zone med finkornet og en varmeeffekt zone med Island martensite. Resultaterne af mikrohårdheds graden indikerede, at midterzonen udviste en større hårdhed sammenlignet med uædle metaller. Alle data indikerede, at friktionen røre spot svejsning anvendes i Dual Phase stål 780 kan skabe en god lap joint. I fremtiden kan friktion røre spot svejsning anvendes i høj styrke stål svejsning anvendes i industrielle fremstillingsprocesser.
Introduction
Friktion røre svejsning (FSW) blev først rapporteret i 1991 på TWI, Abington, UK1. I 2003 fastsatte Piccini og Svoboda en overlegen metode til at forbedre fordelene ved FSW kaldet friktion Stir spot svejsning (FSSW) til brug i kommercielle bilfremstillingsprocesser2. FSSW-metoden involverer oprettelse af en spot-lap-fælles med ingen bulk-område smeltning. Den vigtigste udvikling for brugen af FSSW har været i aluminiumlegeringer som al legeringer deforme i svejseprocessen under høje temperaturforhold. Det første vellykkede eksempel var i bilindustrien, hvor fssw blev brugt til fremstilling af hele bagdøren til Mazdas RX-81,3,4.
I mellemtiden, høj styrke stål er det dominerende materiale af bilens krop, specielt Dual Phase stål. Litteraturen viser, at DP600, der produceres med FSSW, kan have de samme egenskaber som uædle metaller, hvor alle svejse områder har lignende mikrostrukturer og hårdhedsgrader5. FSSW metoder til brug af DP stål på deres mikrostruktur af Stir zone (SZ), den Termokande-mekanisk ramte zone (TMAZ), og svigt model af DP590 og DP600 stål er blevet undersøgt af nogle forskere. De observerede forskelle i sammenhængen i mikrostrukturen (ferrit, bainite og martensite) af DP590 og DP600 stål ved forskellige rotationshastigheder6,7,8,9,10. Nogle forskere gennemførte sammenlignende undersøgelser af fssw og RSW for DP780 stål8,9. De rapporterede, at længere sammenføjnings tider og højere værktøjs rotationshastigheder resulterede i et øget bindings område for alle platter, hvilket førte til en højere forskydningskraft og skiftede tilstand fra grænseflade til at trække sig ud. De konkluderede også, at FSSW havde en højere styrke end RSW. FSSW processen omfatter 3 trin: kaste, omrøring, og tilbagetrækning. Det første skridt er kastet med en rotationsværktøj PIN tæt på arket af lap leddet og sat ind i arket. Den roterende værktøj skulder i FSSW processen kan generere friktionsvarme. I det andet trin kan varmen blødgøre arket og lette tilstopning af værktøjet PIN i arket, samt bo i materialer til at røre to emner sammen og blande rundt om pin-området. Endelig kan presset fra værktøjet skulder Tryk på emnerne forbedre limningen. Efter svejseprocessen kan stiften trækkes tilbage fra Nøglehullet. Fordelene ved FSSW sammenlignet med RSW er en lavere svejse temperatur, ingen stænk og mere stabilitet i produktionsprocessen.
Selv om undersøgelser på FSSW af avancerede højstyrkestål (AHSS) er blevet rapporteret af forskellige forskere, undersøgelser på FSSW af DP590, DP600, og DP780 har fokuseret på mikrostruktur og på de mekaniske og fejl modeller ved hjælp af forskellige proces Parametre. I denne undersøgelse blev FSSW af DP780 Steel overvejet. Protokollen for FSSW processen blev rapporteret i detaljer, og den individuelle hårdhed i Stir zone, den THERMOS-mekanisk ramte zone, og den varme ramte zone, samt uædle metaller blev evalueret baseret på den målte mikrohårdhed.
Med den konstante vækst og store efterspørgsel efter vægtreduktion i bilindustrien og rumfartsindustrien, har bilindustrien vist en stigende interesse for AHSS og lap leddene. For eksempel, den konventionelle stål krop af en bil, i gennemsnit, har mere end 2.000 spot svejsning lap leddene11. Der er 3 almindeligt anvendte svejseprocesser til omgangs samlinger, der anvendes i industrien, herunder resistens spot svejsning, laser spot svejsning og friktions spot svejsning12. En måde at reducere vægten er ved hjælp af avancerede højstyrkestål (AHSS). De mest populære materialer er Dual-fase og transformation-induceret plasticitet (Trip) stål, som i stigende grad anvendes i bilindustrien13,14,15,16. Fordi bilindustrien har øget styrke standarderne på grund af forbedret brændstofforbrug og crash energi absorption under en reduceret køretøjets vægt, brugen af forskellige materialer og svejseprocesser er ved at blive et vigtigt spørgsmål.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den kaster fase er den vigtigste under FSSW processen. Uden tilstrækkelig friktion varme kommer fra skulderen af nålen til at blødgøre emnet, vil nålen fraktur. Værktøjsgeometri, rotationshastighed, opholdstid og værktøjs gennemtrængnings dybde26 parametrene for FSSW-processen spiller en afgørende rolle for fastlæggelsen af den fælles integritet. TPD og værktøjsgeometri27 har især en vigtig effekt på svejsbarhed og fælles egenskaber blev rapporteret.
<…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Dr. K. C. Yang i Kina-Steel Company for materiel støtte og ønsker at udtrykke vores taknemmelighed over for Mr. L.D. Wang, C. K. Wang, og B. Y. Hong ved MIRDC for at hjælpe med den eksperimentelle FSSW. Denne forskning blev støttet af Metalindustriernes forsknings-og udviklingscenter, Kaohsiung, Taiwan, ROC.
Materials
| anvil | MIRDC | made by MIRDC | |
| DP780 | China steel Corporation | CSC DP780 | |
| stir spot welder machine | MIRDC | made by MIRDC | |
| tool pin | KINIK COMPANY | DBN2B005B |
References
- . Mazda Develops World’s First Aluminum Joining Technology Using Friction Heat Available from: https://www2.mazda.com/en/publicity/release/archive/2003/200302/0227e.html (2003)
- Piccini, J. M., Svoboda, H. G. Effect of pin length on Friction Stir Spot Welding (FSSW) of dissimilar Aluminum-steel joints. Procedia Materials Science. 9, 504-513 (2015).
- Iwashita, T. . Method and Apparatus for joining. , (2003).
- Allen, C. D., Arbegast, W. J. Evaluation of Friction Spot Welds in Aluminium Alloys. SAE Technical. , (2005).
- Feng, Z., et al. . Friction Stir Spot Welding of Advanced HighStrength Steels – a Feasibility Study. , (2005).
- Miles, M. P., Nelson, T. W., Steel, R., Olsen, E., Gallagher, M. Effect of friction stir welding conditions on properties and microstructures of high strength automotive steel. Science and Technology of Welding and Joining. 14 (3), 228-232 (2009).
- Feng, Z., et al. Friction stir spot welding of advanced high-Strength steels-a feasibility study. SAE Technical Paper Series 2005-01-1248. , (2005).
- Santella, M., Hovanski, Y., Frederick, A., Grant, G., Dahl, M. Friction stir spot welding of DP780 carbon steel. Science and Technology of Welding and Joining. 15 (4), 271-278 (2010).
- Saunders, N., et al. Joint strength in high speed friction stir spot welded DP 980 steel. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 15 (5), 841-848 (2014).
- Khan, M. I., et al. Resistance and friction stir spot welding of DP600: a comparative study. Science and Technology of Welding and Joining. 12 (2), 175-182 (2007).
- Sarkar, R., Sengupta, S., Pal, T. K., Shome, M. Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Spot-Welded IF/DP Dissimilar Steel Joints. Metallurgical and Materials Transactions A. 46 (11), 5182-5200 (2015).
- Yang, X. W., Fu, T., Li, W. Y. Friction Stir Spot Welding: A Review on Joint Macro- and Microstructure, Property, and Process Modelling. Advances in Materials Science and Engineering. 2014, 11 (2014).
- Esther, T. A., Stephen, A. A., DebRoy, T., et al. Trends in Welding Research 2012: Proceedings of the 9th International Conference. Materials Characterisation of Friction Stir Processed 6082 Aluminum Alloy. , 548-551 (2012).
- Ghosh, P. K., et al. Influence of Weld Thermal Cycle on Properties of Flash Butt Welded Mn-Cr-Mo Dual Phase Steel. ISIJ International. 33 (7), 807-815 (1993).
- Schultz, R. A. . Metallic materials trends for north American light vehicles. , (2007).
- Horvath, C. . Material challenges facing the automotive and steel industries from globalization. , (2007).
- Pouranvari, M., Marashi, S. P. H. Critical review of automotive steels spot welding: process, structure and properties. Science and Technology of Welding and Joining. 18 (5), 361-403 (2013).
- Khan, M. S., et al. Welding behaviour, microstructure and mechanical properties of dissimilar resistance spot welds between galvannealed HSLA350 and DP600 steels. Science and Technology of Welding and Joining. 14 (7), 616-625 (2009).
- Ma, C., et al. Microstructure and fracture characteristics of spot-welded DP600 steel. Materials Science and Engineering: A. 485 (1), 334-346 (2008).
- Hilditch, T. B., Speer, J. G., Matlock, D. K. Effect of susceptibility to interfacial fracture on fatigue properties of spot-welded high strength sheet steel. Materials & Design. 28 (10), 2566-2576 (2007).
- Yan, B., Zhu, H., Lalam, S. H., Baczkowski, S., Coon, T. Spot Weld Fatigue of Dual Phase Steels. SAE Technical Paper Series 2004-01-0511. , (2004).
- Wilson, R. B., Fine, T. E. Fatigue behavior of spot welded high strength joints. SAE Technical Paper Series 1981-02-01. , (1981).
- Sun, X., Stephens, E. V., Khaleel, M. A. Effects of fusion zone size and failure mode on peak load and energy absorption of advanced high strength steel spot welds under lap shear loading conditions. Engineering Failure Analysis. 15 (4), 356-367 (2008).
- Pouranvari, M., Mousavizadeh, S. M., Marashi, S. P. H., Goodarzi, M., Ghorbani, M. Influence of fusion zone size and failure mode on mechanical performance of dissimilar resistance spot welds of AISI 1008 low carbon steel and DP600 advanced high strength steel. Materials & Design. 32 (3), 1390-1398 (2011).
- Hsu, T. -. I., Wu, L. -. T., Tsai, M. -. H. Resistance and friction stir spot welding of dual-phase (DP 780)—a comparative study. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. , (2018).
- Piccini, J. M., Svoboda, H. G. Effect of the tool penetration depth in Friction Stir Spot Welding (FSSW) of dissimilar aluminum alloys. Procedia Materials Science. 8, 868-877 (2015).
- Aissani, M., Gachi, S., Boubenider, F., Benkedda, Y. Design and Optimization of Friction Stir Welding Tool. Materials and Manufacturing Processes. 25 (11), 1199-1205 (2010).
- Zhang, Y. N., Cao, X., Larose, S., Wanjara, P. Review of tools for friction stir welding and processing. Canadian Metallurgical Quarterly. 51 (3), 250-261 (2013).
- Nandan, R., DebRoy, T., Bhadeshia, H. K. D. H. Recent advances in friction-stir welding – Process, weldment structure and properties. Progress in Materials Science. 53 (6), 980-1023 (2008).
- Tang, W., Guo, X., McClure, J., Murr, L., Nunes, A. C. . Heat Input and Temperature Distribution in Friction Stir Welding. 7, (1998).
