Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

Tai-I Hsu; Meng-Hsiu Tsai

doi:10.3791/58633

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Mühendislik

Erzeugung von Rundengelenken über Friction Stir Spot Welding auf DP780 Stahl

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

Hier präsentieren wir ein Reibungsrührpunktschweißen (FSSW) Protokoll auf Zweiphasen-Stahl 780. Ein Werkzeugstift mit Hochgeschwindigkeitsdrehung erzeugt Wärme aus Reibung, um das Material zu erweichen, und dann taucht der Stift in 2 Blattverbindungen, um das Rundengelenk zu erzeugen.

Abstract

Das Reibstichpunktschweißen (FSSW), ein Derivat des Reibrührschweißens (FSW), ist eine Festkörperschweißtechnik, die 1991 entwickelt wurde. Für die Aluminiumlegierung, die in den Hintertüren von Automobilen verwendet wurde, wurde 2003 in der Automobilindustrie eine Branchenanwendung gefunden. Reibungsrührpunktschweißen wird hauptsächlich in Al-Legierungen verwendet, um Rundenverbindungen zu erzeugen. Zu den Vorteilen des Reib-Rührpunktschweißens gehört eine Schmelztemperatur von fast 80 %, die die thermischen Verformungsschweißnähte senkt, ohne zu spritzen, verglichen mit dem Widerstandspunktschweißen. Das Reibungs-Rührpunktschweißen umfasst 3 Schritte: Tauchen, Rühren und Zurückziehen. In der vorliegenden Studie werden auch andere Werkstoffe, darunter hochfester Stahl, im Reibrührschweißverfahren zur Herstellung von Fugen verwendet. DP780, dessen traditionelles Schweißverfahren den Einsatz von Widerstandspunktschweißen beinhaltet, ist eines von mehreren hochfesten Stahlwerkstoffen, die in der Automobilindustrie verwendet werden. In diesem Papier wurde DP780 für das Reib-Rührpunktschweißen verwendet, und seine Mikrostruktur und Mikrohärte wurden gemessen. Die Mikrostrukturdaten zeigten, dass es eine Fusionszone mit feinem Korn und eine Wärmewirkungszone mit Inselmarderit gab. Die Ergebnisse der Mikrohärte zeigten, dass die Mittelzone im Vergleich zum Grundmetall einen höheren Härtegrad aufwies. Alle Daten deuteten darauf hin, dass das in zweiphasigem Stahl 780 verwendete Reibungsrührpunktschweißen eine gute Rundenverbindung erzeugen kann. In Zukunft kann das Reibrührpunktschweißen in hochfesten Stahlschweißen eingesetzt werden, die in industriellen Fertigungsprozessen eingesetzt werden.

Introduction

Das Reibungsrührschweißen (FSW) wurde erstmals 1991 bei TWI, Abington, UK¹gemeldet. Im Jahr 2003 ermittelten Piccini und Svoboda ein überlegenes Verfahren zur Verbesserung der Vorteile von FSW, dem sogenannten Reibungsrührpunktschweißen (FSSW) für den Einsatz in kommerziellen Automobilherstellungsprozessen². Die FSSW-Methode beinhaltet die Schaffung eines Punkt-Rundengelenks ohne Schüttgutschmelzen. Die wichtigste Entwicklung für den Einsatz von FSSW war in Aluminiumlegierungen, da sich Al-Legierungen im Schweißprozess unter Hochtemperaturbedingungen verformen. Das erste erfolgreiche Beispiel war in der Automobilindustrie, wo FSSW in der Herstellung der gesamten Hintertür des Mazda RX-8¹^,³^,⁴verwendet wurde.

Inzwischen ist hochfester Stahl das dominierende Material der Karosserie, insbesondere Zweiphasenstahl. Die Literatur weist darauf hin, dass DP600, das mit FSSW hergestellt wird, die gleichen Eigenschaften wie das Grundmetall haben kann, wo alle Schweißbereiche ähnliche Mikrostrukturen und Härtegrade^{haben 5}. FSSW-Methoden zur Verwendung von DP-Stahl auf ihrer Mikrostruktur der Rührzone (SZ), der thermomechanisch betroffenen Zone (TMAZ) und dem Fehlermodell von DP590- und DP600-Stahl wurden von einigen Forschern untersucht. Sie beobachteten Unterschiede in der Konsistenz der Mikrostruktur (Ferrit, Köderit und Marderit) von DP590 und DP600 Stahl bei verschiedenen Drehzahlen⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰. Einige Forscher führten vergleichende Studien mit FSSW und RSW für DP780-Stahl⁸^,⁹durch. Sie berichteten, dass längere Fügezeiten und höhere Werkzeugdrehgeschwindigkeiten zu einer erhöhten Verklebungsfläche für alle Tauchgänge führten, was zu einer höheren Scherkraft führte und den Modus von der Grenzfläche auf das Herausziehen verlagerte. Sie kamen auch zu dem Schluss, dass FSSW eine höhere Festigkeit als RSW hatte. Der FSSW-Prozess umfasst 3 Schritte: Tauchen, Rühren und Zurückziehen. Der erste Schritt ist das Tauchen mit einem Rotationswerkzeugstift in der Nähe des Blattes des Rundengelenks und in das Blatt gesteckt. Die rotierende Werkzeugschulter im FSSW-Prozess kann Reibungswärme erzeugen. Im zweiten Schritt kann die Wärme das Blech erweichen und das Einstecken des Werkzeugstifts in das Blech erleichtern sowie in den Materialien verweilen, um zwei Werkstücke zusammenzurühren und den Stiftbereich zu mischen. Schließlich kann der Druck durch die Werkzeugschulterpresse auf die Werkstücke die Verklebung verbessern. Nach dem Schweißvorgang kann der Stift aus dem Schlüsselloch zurückgezogen werden. Die Vorteile von FSSW im Vergleich zu RSW sind eine niedrigere Schweißtemperatur, kein Spritzen und mehr Stabilität im Herstellungsprozess.

Obwohl Studien über die FSSW von fortgeschrittenen hochfesten Stählen (AHSS) von verschiedenen Forschern berichtet wurden, konzentrierten sich Studien über die FSSW von DP590, DP600 und DP780 auf die Mikrostruktur und auf die mechanischen und Fehlermodelle mit verschiedenen Verfahren. rahmen. In der vorliegenden Studie wurde die FSSW aus DP780-Stahl berücksichtigt. Das Protokoll des FSSW-Prozesses wurde detailliert berichtet, und die individuelle Härte in der Rührzone, der thermomechanisch beeinflussten Zone und der wärmebeeinflussten Zone sowie des Grundmetalls wurden anhand der gemessenen Mikrohärte bewertet.

Mit dem kontinuierlichen Wachstum und der hohen Nachfrage nach Gewichtsreduktion in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie zeigt die Automobilindustrie ein wachsendes Interesse an AHSS und Rundenverbindungen. Zum Beispiel hat die herkömmliche Stahlkarosserie eines Autos im Durchschnitt mehr als 2.000 Punktschweißrundenverbindungen¹¹. Es gibt 3 gängige Schweißverfahren für Rundenverbindungen, die in der Industrie verwendet werden, einschließlich Widerstandspunktschweißen, Laserpunktschweißen und Reibpunktschweißen¹². Eine Möglichkeit, das Gewicht zu verringern, ist die Verwendung fortschrittlicher hochfester Stähle (AHSS). Die beliebtesten Werkstoffe sind zweiphasige und transformationsinduzierte Plastizitätsstähle(TRIP), die zunehmend in der Automobilindustrie 13^,¹⁴^,¹⁵^,¹⁶eingesetzt werden. Da die Automobilindustrie die Festigkeitsstandards aufgrund des verbesserten Kraftstoffverbrauchs und der Crash-Energieaufnahme unter einem verringerten Fahrzeuggewicht erhöht hat, wird der Einsatz unterschiedlicher Materialien und Schweißverfahren zu einem wichtigen Thema.

Protocol

1. Materialaufbereitung HINWEIS: Maschine die 1,6 mm dicken DP780 Blätter in 40 mm x 125 mm Coupons. Die FSSW-Verbindungen sind als Rundenscherproben für die mechanischen Prüfungen konzipiert. Verbinden Sie zwei 125 mm x 40 mm Bleche mit einer Überlappung von 35 mm x 40 mm nach RSW-Norm NF ISO 18278-2; 2005. Ein Geometrie-Design polykristallines Diamantwerkzeug mit abgeschnittener Kegelschulter. Der Geometrieentwurf ist in Abbildung 1adargestellt. Der Durchmesse…

Representative Results

Es gibt ein Diagramm in Abbildung 3, das zeigt, dass der Reibungsrührpunktschweißprozess aus 3 Teilen besteht: Tauchen (Abbildung 3e), Rühren (Abbildung 3f) und Einziehen (Abbildung 3g). In unserer Forschung konnte der Schweißfleck erzeugt werden. Die Eindringtiefe ist ein Faktor, der ausgewertet wurde. In Abbildung 6aerstellt die FSSW d…

Discussion

Die Sturzphase ist die wichtigste während des FSSW-Prozesses. Ohne genügend Reibungswärme, die von der Schulter des Stifts kommt, um das Werkstück zu erweichen, wird der Stift brechen. Werkzeuggeometrie, Rotationsgeschwindigkeit, Verweilzeit und Werkzeugeindringtiefe²⁶ Parameter des FSSW-Prozesses spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Gelenkintegrität. TPD und Werkzeuggeometrie²⁷ haben insbesondere einen wichtigen Einfluss auf die Schweißbarkeit und …

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken Dr. K. C. Yang von der China-Steel Company für die materielle Unterstützung und möchten Herrn L.D. Wang, C. K. Wang und B. Y. Hong am MIRDC für die Unterstützung des experimentellen FSSW danken. Diese Forschung wurde vom Metal Industries Research and Development Centre, Kaohsiung, Taiwan, ROC unterstützt.