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德國斯圖加特大學(xué)材料 測試 研究所開發(fā)了一種基于攪拌摩擦焊的工藝，可以將高強(qiáng)度鋁板和鋼板焊接在一起。板材的厚度也可以不同。焊縫非常穩(wěn)定，對這種鋼鋁混合板甚至可以進(jìn)行深沖加工。這種板材可以用于生產(chǎn)輕量化和高負(fù)載的部件，例如用于汽車領(lǐng)域。
技術(shù)一覽:
u2022 在鋼和鋁之間的高強(qiáng)連接
u2022 可以對混合板材進(jìn)行深沖
u2022 應(yīng)用領(lǐng)域：車身制造 → 降低車身重量10% （更少的燃油消耗/排放）或用于電動交通的泳池連接器→使用更便宜的鋁而不是銅
“當(dāng)用鋼攪拌焊接鋁時，就像烘烤大理石蛋糕一樣 - 淺色和深色面團(tuán)應(yīng)該相互接觸，但它們不應(yīng)混合在一起，以便只產(chǎn)生棕色混合面團(tuán)。在鋁-鋼化合物的情況下，來自餅狀圖案的混合面團(tuán)對應(yīng)于所謂的金屬間相，這是脆性的，“斯圖加特大學(xué)材料測試研究所的維爾茨研究員解釋道。摩擦攪拌焊接是一種特殊的焊接工藝，其中旋轉(zhuǎn)工具（攪拌）沿著間隙行進(jìn)以很大的力（摩擦）連接，從而將金屬板坯料連接在一起。
德國斯圖加特的科學(xué)家們開發(fā)了一種工藝改進(jìn)和用于攪拌摩擦焊的新工具，利用這種工具可以高強(qiáng)度地將不同厚度的鋁和鋼板焊接在一起。根據(jù)維爾茨的說法，鋼和鋁的“正常”電弧焊會導(dǎo)致產(chǎn)生脆性金屬間化合物。“在摩擦攪拌焊接中，生產(chǎn)出高強(qiáng)度和穩(wěn)定的混合板，”維爾茨說。這些也被稱為“混合定制焊接坯料”。 關(guān)于材料檢測所工藝的特殊之處：“我們可以同時對接和重疊焊接板材，以獲得更大的橫截面積，從而確保更高的強(qiáng)度，提高成形性，”維爾茨解釋道。
焊縫在拉伸試驗中不會破壞
“我們做了不同的拉伸試驗。焊縫已經(jīng)固定，樣品的材料已遠(yuǎn)離焊縫，”維爾茨解釋說。接縫非常堅固，也可以在不加深接縫的情況下對混合板進(jìn)行深沖加工。“即使是在曲線等復(fù)雜的幾何形狀下，焊縫仍然存在，”維爾茨自豪地說。維爾茨認(rèn)為，這一技術(shù)主要用于汽車領(lǐng)域的高強(qiáng)度鋁鋼混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。 “由于薄的高強(qiáng)度鋼和稍微厚一些的鋁板集中在一個部件上，就可以獲得更高的抗彎強(qiáng)度，通過對兩種材料相互結(jié)合，可以更有效地利用資源，”他解釋。抗彎剛度指的是部件相對于一個垂直于表面彈性載荷的抵抗力，也就是說，該材料是像一個彈簧，在載荷卸去后會恢復(fù)到原來的形狀，而不會產(chǎn)生“凸起”。
“到目前為止，在汽車車身制造車間，混合材料件只能通過組裝由不同材料制成的部件來實現(xiàn)。通過我們開發(fā)的技術(shù)，能夠?qū)X和鋼結(jié)合在一起。這為結(jié)構(gòu)優(yōu)化開辟了額外的自由度，可用于減輕車身的重量，”維爾茨說。
工藝連開發(fā)
“除了用于混合材料的焊接工藝外，我們還為新工藝開發(fā)了工藝鏈的其他部分，”維爾茨說。其中包括一種新穎的、節(jié)能的熱處理方法和一種特殊的成型方法，可以考慮混合板的厚度差異。“此外，我們開發(fā)的技術(shù)也可用于連接其它材料，例如，不同厚度的銅和鋁板，這種材料可用于生產(chǎn)用于電動汽車的泳池連接器，”維爾茨說。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，在選擇板厚時，可以利用特定的電阻將不同厚度的銅和鋁焊接在一起。“例如，你可以將更薄但更便宜的鋁板焊接到更薄的銅板上，”他說。
利于環(huán)境：減少燃料消耗和減少排放
“根據(jù)目前的估計，可以假設(shè)通過在汽車工業(yè)中使用合適的混合板材，可以將車身的重量減少約10％，同時保持安全性，”維爾茨說。
“從汽車的整個壽命和性能來看，較低的重量可以減少燃料消耗和排放，”巴符州輕量化局局長席利格博士補(bǔ)充道。
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