Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

Tai-I Hsu; Meng-Hsiu Tsai

doi:10.3791/58633

JoVE Journal > Engineering

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Mühendislik

Génération de joints de tour par le soudage de tache de friction sur l'acier dp780

Published: August 13, 2019

doi:

10.3791/58633

Tai-I Hsu¹, Meng-Hsiu Tsai²

¹Department of Health and Beauty,Shu Zen College of Medicine and Management, ²Department of Mold and Die Engineering,National Kaohsiung University of Science and Technology

Özet

Ici, nous présentons un protocole de soudage de tache de friction (FSSW) sur l’acier de phase 780 de double. Une goupille d’outil avec rotation à grande vitesse génère la chaleur de la friction pour adoucir le matériel, et puis, la goupille plonge dans 2 joints de feuille pour créer l’articulation de tour.

Abstract

Le soudage par emuant (FSSW), un dérivé du soudage à friction (FSW), est une technique de soudage à l’état solide qui a été développée en 1991. Une application de l’industrie a été trouvée dans l’industrie automobile en 2003 pour l’alliage d’aluminium qui a été utilisé dans les portes arrière des automobiles. Le soudage de tache d’agitation de friction est principalement employé dans les alliages d’Al pour créer des joints de tour. Les avantages du soudage de tache de friction incluent une température de fonte de près de 80% qui abaisse les soudures thermiques de déformation sans éclaboussures comparées au soudage de tache de résistance. Le soudage de tache d’agitation de friction comprend 3 étapes : plongeant, remuant, et rétraction. Dans la présente étude, d’autres matériaux, y compris l’acier à haute résistance sont également utilisés dans la méthode de soudage à friction pour créer des joints. Le DP780, dont le processus traditionnel de soudage implique l’utilisation de soudage au point de résistance, est l’un des nombreux matériaux d’acier de haute résistance utilisés dans l’industrie automobile. Dans cet article, DP780 a été utilisé pour le soudage de tache de friction, et sa microstructure et microhardness ont été mesurés. Les données de microstructure ont montré qu’il y avait une zone de fusion avec des grains fins et une zone d’effet de chaleur avec martensite insulaire. Les résultats de microhardness ont indiqué que la zone centrale a montré un plus grand degré de dureté comparé au métal de base. Toutes les données indiquent que le soudage de tache de frottement utilisé dans l’acier 780 en double phase peut créer un bon joint de tour. À l’avenir, le soudage à la tache de frottement peut être utilisé dans le soudage à haute résistance en acier appliqué dans les procédés de fabrication industrielle.

Introduction

Le soudage de friction (FSW) a été rapporté pour la première fois en 1991 à TWI, Abington, ROYAUME-Uni¹. En 2003, Piccini et Svoboda ont déterminé une méthode supérieure pour améliorer les avantages de FSW appelé soudage de tache de friction (FSSW) pour une utilisation dans les procédés commerciaux de fabrication d’automobiles². La méthode FSSW consiste à créer un joint de tour de tache sans la fonte de zone en vrac. Le développement le plus important pour l’utilisation de FSSW a été dans les alliages d’aluminium que les alliages Al se déforment dans le processus de soudage dans des conditions de haute température. Le premier exemple réussi a été dans l’industrie automobile, où FSSW a été utilisé dans la fabrication de toute la porte arrière de la Mazda RX-8¹^,³^,⁴.

Pendant ce temps, l’acier à haute résistance est le matériau dominant de la carrosserie, en particulier l’acier à deux phases. La littérature indique que DP600 produit avec FSSW peut avoir les mêmes propriétés que le métal de base, où toutes les régions de soudage ont des microstructures similaires et des degrés de dureté⁵. Les méthodes FSSW pour l’utilisation de l’acier DP sur leur microstructure de la zone d’agitation (SZ), la zone thermos-mécaniquement affectée (TMAZ), et le modèle de défaillance de l’acier DP590 et DP600 ont été étudiés par quelques chercheurs. Ils ont observé des différences dans la cohérence de la microstructure (ferrite, bainite, et martensite) de l’acier DP590 et DP600 à diverses vitesses de rotation⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰. Certains chercheurs ont mené des études comparatives de FSSW et RSW pour d’acier DP780⁸^,⁹. Ils ont signalé que des temps de jointment plus longs et des vitesses de rotation plus élevées des outils ont entraîné une augmentation de la zone de liaison pour tous les plongeons, ce qui a conduit à une force de cisaillement plus élevée et a déplacé le mode de l’interfacial à retirer. Ils ont également conclu que la FSSW avait une résistance plus élevée que RSW. Le processus FSSW comprend 3 étapes : plongeant, remuant et rétractant. La première étape est de plonger avec une goupille d’outil de rotation près de la feuille de l’articulation du tour et branché sur la feuille. L’épaule d’outil rotative dans le processus de FSSW peut produire la chaleur de friction. Dans la deuxième étape, la chaleur peut adoucir la feuille et faciliter le branchement de la goupille de l’outil dans la feuille, ainsi que d’habiter dans les matériaux pour remuer deux pièces ensemble et mélanger autour de la zone de broche. Enfin, la pression de la pression de l’épaule de l’outil sur les pièces de travail peut améliorer la liaison. Après le processus de soudage, la goupille peut être retirée du trou de serrure. Les avantages de FSSW par rapport à RSW sont une température de soudage plus faible, pas d’éclaboussures, et plus de stabilité dans le processus de fabrication.

Même si des études sur la FSSW d’aciers à haute résistance de pointe (AHSS) ont été rapportées par divers chercheurs, des études sur la FSSW de DP590, DP600 et DP780 se sont concentrées sur la microstructure et sur les modèles mécaniques et de défaillance utilisant divers procédés Paramètres. Dans la présente étude, la FSSW de l’acier DP780 a été prise en considération. Le protocole du processus FSSW a été rapporté en détail, et la dureté individuelle dans la zone d’agitation, la zone thermos-mécaniquement affectée, et la zone affectée par la chaleur, ainsi que le métal de base ont été évalués en fonction de la microharditité mesurée.

Avec la croissance continue et la forte demande de réduction de poids dans les industries automobile et aérospatiale, l’industrie automobile a montré un intérêt croissant pour AHSS et joints de tour. Par exemple, le corps en acier conventionnel d’une voiture, en moyenne, a plus de 2.000 joints de soudure spot^{tour 11}. Il y a 3 processus communs de soudage pour des joints de tour utilisés dans l’industrie, y compris le soudage de tache de résistance, le soudage de tache de laser, et le soudage de tache de frottement^12. Une façon de diminuer le poids est d’utiliser des aciers à haute résistance (AHSS) de pointe. Les matériaux les plus populaires sont les aciers plastiques à double phase et induits par la transformation (TRIP), qui sont de plus en plus utilisés dans l’industrie automobile¹³^,¹⁴^,¹⁵^,¹⁶. Étant donné que l’industrie automobile a augmenté les normes de résistance en raison de l’amélioration de la consommation de carburant et de l’absorption d’énergie par accident sous une diminution du poids du véhicule, l’utilisation de différents matériaux et procédés de soudage devient un problème important.

Protocol

1. Préparation des matériaux REMARQUE : Machineles d’une épaisseur de 1,6 mm d’une drap d’un DP780 en coupons de 40 mm x 125 mm. Les joints FSSW sont conçus comme des spécimens de cisaillement des genoux pour les essais mécaniques. Joignez-vous à deux feuilles de 125 mm sur 40 mm avec un chevauchement de 35 mm sur 40 mm suivant la norme RSW NF ISO 18278-2; 2005. Un outil de diamant polycristallin de conception de géométrie avec une épaule tronquée de cône. La conception de la géomé…

Representative Results

Il y a un diagramme dans la figure 3 qui démontre que le processus de soudage de tache de frottement est composé de 3 parties : plongeant ( figure3e),remuant (figure 3f),et rétractant (figure 3g). Dans nos recherches, le point de soudage pourrait être généré. La profondeur de pénétration est un facteur qui a été évalué. Dans la figure 6a…

Discussion

L’étape de plongée est la plus importante pendant le processus FSSW. Sans assez de chaleur de frottement provenant de l’épaule de la broche pour adoucir la pièce, la broche se fracturera. La géométrie de l’outil, la vitesse de rotation, le temps d’arrêt et la profondeur de pénétration de l’outil²⁶ paramètres du processus FSSW jouent un rôle essentiel dans la détermination de l’intégrité des articulations. La dpJ et la géométrie de l’outil²⁷ ont particulière…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nous remercions le Dr K. C. Yang de la China-Steel Company pour son soutien matériel et tenons à exprimer notre gratitude à M. L.D. Wang, C. K. Wang et B. Y. Hong au MIRDC pour leur aide auprès de la FSSW expérimentale. Cette recherche a été soutenue par le Metal Industries Research and Development Centre, Kaohsiung, Taiwan, ROC.