Het genereren van Rondegewrichten via frictie roer puntlassen op DP780 Steel
Summary
Hier presenteren we een frictie Stir spot Welding (FSSW) protocol op Dual Phase 780 staal. Een gereedschaps speld met rotatie met hoge snelheid genereert warmte van wrijving om het materiaal te verzachten en vervolgens stort de pen in 2 blad gewrichten om het ronde gewricht te creëren.
Abstract
Frictie Stir spot Welding (FSSW), een afgeleide van frictie roer lassen (FSW), is een Solid-State lastechniek die werd ontwikkeld in 1991. Een industrie toepassing werd gevonden in de auto-industrie in 2003 voor de aluminiumlegering die werd gebruikt in de achterdeuren van auto’s. Frictie Stir spot lassen wordt meestal gebruikt in al legeringen om rondegewrichten te creëren. De voordelen van frictie Stir spot lassen omvatten een bijna 80% smelttemperatuur die de thermische vervorming lassen verlaagt zonder te spetteren in vergelijking met weerstand puntlassen. Wrijving roer puntlassen omvat 3 stappen: plunderen, roeren en intrekken. In de huidige studie, andere materialen met inbegrip van hoge sterkte staal worden ook gebruikt in de wrijving roer lassen methode om gewrichten te creëren. DP780, waarvan het traditionele lasproces het gebruik van Resistance spot lassen omvat, is een van de vele hoge sterkte staalmaterialen die in de automobielindustrie worden gebruikt. In dit document werd DP780 gebruikt voor wrijvings roer puntlassen, en de microstructuur en micro hardheid werden gemeten. De microstructuur gegevens toonden aan dat er een fusie zone was met fijne korrel en een warmteeffect zone met eiland martensite. De resultaten van de micro hardheid gaven aan dat de middelste zone een grotere hardheid vertoonde in vergelijking met het basismetaal. Alle gegevens gaven aan dat het wrijvings roer puntlassen dat wordt gebruikt in Dual Phase Steel 780 een goede ronde verbinding kan creëren. In de toekomst kan wrijving roer puntlassen worden gebruikt in hoogwaardig staal lassen toegepast in industriële productieprocessen.
Introduction
Frictie roer lassen (FSW) werd voor het eerst gerapporteerd in 1991 bij TWI, Abington, UK1. In 2003 bepaalden Piccini en Svoboda een superieure methode voor het verbeteren van de voordelen van FSW, genaamd wrijving Stir spot Welding (FSSW) voor gebruik in commerciële autofabricage processen2. De FSSW methode omvat het creëren van een spot lap joint zonder bulk gebied smelten. De belangrijkste ontwikkeling voor het gebruik van FSSW is in aluminium legeringen als al legeringen vervormen in het lasproces onder hoge temperatuur omstandigheden. Het eerste succesvolle voorbeeld was in de auto-industrie, waar fssw werd gebruikt in de productie van de gehele achterdeur van de Mazda RX-81,3,4.
Ondertussen is hoogwaardig staal het dominante materiaal van het carrosserie, met name tweefasenstaal. De literatuur geeft aan dat DP600 geproduceerd met FSSW dezelfde eigenschappen kan hebben als het basismetaal, waar alle lasgebieden vergelijkbare microstructuren en hardheid5hebben. FSSW methoden voor het gebruik van DP staal op hun microstructuur van de roer zone (SZ), de Thermos-mechanisch aangetaste zone (TMAZ), en het falen model van DP590 en DP600 staal zijn bestudeerd door een paar onderzoekers. Zij observeerden verschillen in de consistentie van de microstructuur (ferriet, bainiet en martensite) van DP590 en DP600 staal bij verschillende rotatiesnelheden6,7,8,9,10. Sommige onderzoekers voerden vergelijkende studies van fssw en RSW voor DP780 staal8,9. Ze rapporteerden dat langere verbindingstijden en hogere gereedschaps rotatiesnelheden resulteerden in een groter hecht gebied voor alle Plunges, wat leidde tot een hogere schuifkracht en de modus verplaatste van Interfaciale naar pull out. Ze concludeerden ook dat FSSW een hogere sterkte had dan RSW. Het FSSW-proces omvat 3 stappen: plunderen, roeren en intrekken. De eerste stap is het plunderen met een Rotatiegereedschap PIN dicht bij het blad van de schoot gewricht en aangesloten op het blad. De roterende gereedschaps schouder in het FSSW-proces kan wrijvingswarmte opwekken. In de tweede stap kan de hitte het blad verzachten en het aansluiten van de gereedschappin in het blad vergemakkelijken, evenals in de materialen stilstaan om twee werkstukken samen te roeren en rond het pingebied te mengen. Tot slot kan de druk van de gereedschaps schouder druk op de werkstukken de hechting versterken. Na het lasproces kan de pin van de sleutelgat worden teruggetrokken. De voordelen van FSSW in vergelijking met RSW zijn een lagere lastemperatuur, geen spatten en meer stabiliteit in het productieproces.
Hoewel studies over de FSSW van geavanceerde hoge-sterkte staal (AHSS) zijn gemeld door verschillende onderzoekers, studies over de FSSW van DP590, DP600, en DP780 hebben gericht op de microstructuur en op de mechanische en falen modellen met behulp van verschillende proces Parameters. In de huidige studie werd de FSSW van DP780 Steel overwogen. Het Protocol van het FSSW-proces werd gedetailleerd gerapporteerd en de individuele hardheid in de roer zone, de door de Thermos-mechanisch aangetaste zone en de warmtebeïnvloede zone, evenals het basismetaal werden geëvalueerd op basis van de gemeten micro hardheid.
Met de voortdurende groei en de zware vraag naar gewichtsreductie in de automotive-en ruimtevaartindustrie, heeft de automobielindustrie steeds meer belangstelling getoond voor AHSS-en lap gewrichten. Bijvoorbeeld, de conventionele stalen carrosserie van een auto, gemiddeld, heeft meer dan 2.000 spot lassen lap gewrichten11. Er zijn 3 gangbare lasprocessen voor rondegewrichten die in de industrie worden gebruikt, waaronder weerstandslassen, laser vlekken lassen en frictie spot lassen12. Een manier om het gewicht te verlagen is met behulp van geavanceerde High-Strength staal (AHSS). De meest populaire materialen zijn Dual-Phase en transformatie-geïnduceerde plasticiteit (trip) staalsoorten, die steeds meer worden gebruikt in de auto-industrie13,14,15,16. Omdat de automobielindustrie de sterkte normen heeft verhoogd vanwege het verbeterde brandstofverbruik en de absorptie van de crash energie onder een verlaagd voertuiggewicht, wordt het gebruik van verschillende materialen en lasprocessen een belangrijke kwestie.
Protocol
Representative Results
Discussion
De kelderen fase is het belangrijkste tijdens het FSSW-proces. Zonder voldoende wrijvingswarmte afkomstig van de schouder van de speld om het werkstuk te verzachten, zal de PIN breken. Gereedschaps geometrie, rotatiesnelheid, dwelltijd en gereedschaps penetratie diepte26 parameters van het FSSW-proces spelen een cruciale rol bij het bepalen van de gewrichts integriteit. TPD en gereedschaps geometrie27 hebben met name een belangrijk effect op de lasbaarheid en de gewrichts e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We danken Dr. K. C. Yang in de China-Steel Company voor materiële ondersteuning en willen onze dankbaarheid uitspreken aan Mr. L.D. Wang, C. K. Wang en B. Y. Hong bij de MIRDC voor hulp bij de experimentele FSSW. Dit onderzoek werd gesteund door het Metal Industries Research & Development Centre, 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).
