Los investigadores proponen un nuevo punto de resistencia híbrido

Investigadores del Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghái (SIOM) de la Academia de Ciencias de China (CAS) han desarrollado un nuevo proceso de soldadura láser por punto de resistencia híbrida para unir aluminio con acero. El proceso, descrito en un artículo de acceso abierto en la revista Materials & Design, primero realiza soldadura por puntos de resistencia de materiales diferentes de aluminio y acero, seguido de soldadura por puntos con láser.

La aplicación de estructuras de carrocería de materiales diferentes de aluminio y acero es una de las soluciones clave en la industria automotriz para reducir el peso del vehículo y mejorar la economía de combustible. Por lo tanto, se han llevado a cabo muchos trabajos de investigación para lograr uniones de alta calidad utilizando materiales diferentes de aluminio a acero en las últimas décadas. Sin embargo, hay dos impedimentos desafiantes principales para la soldadura de materiales diferentes de aluminio a acero.

Una es que la solubilidad extremadamente baja del hierro en el aluminio (∼0,03 %) conduce a la fácil formación de compuestos intermetálicos quebradizos (IMC: p. ej., FeAl3 y Fe2Al5) en la soldadura en lugar de fases de solución sólida durante el proceso de soldadura; el otro impedimento se relaciona con la gran tensión térmica y residual que se produce en las soldaduras debido a las diferentes propiedades termofísicas entre el aluminio y el acero, como el coeficiente de expansión térmica, lo que da como resultado la formación de grietas en la capa de IMC y/o la soldadura, lo que reduce la deformación plástica. Capacidad y rendimiento de fatiga de la soldadura.

… La soldadura por puntos por resistencia (RSW) es uno de los principales métodos de unión para la fabricación de carrocerías en blanco (BIW) debido a su alta eficiencia y bajo costo. … A pesar de las ventajas de unir materiales homogéneos, todavía es difícil para el proceso RSW convencional unir directamente metales diferentes de aluminio y acero.

… En los últimos años, la soldadura por láser ha mostrado muchas ventajas, como una alta eficiencia de producción y un bajo aporte de calor, y su aplicación se ha incrementado gradualmente en la industria automotriz. … Sin embargo, la soldadura láser de aluminio con acero todavía presenta un gran desafío debido a la formación de muchas grietas y IMC quebradizos, que impiden que se use ampliamente para unir aluminio y acero.

El propósito de este trabajo es aprovechar al máximo las ventajas de la RSW y la soldadura láser para conectar metales disímiles de aluminio y acero. Se propone un proceso híbrido de soldadura por puntos con láser de resistencia (HRLW) que combina un proceso RSW especialmente diseñado con soldadura por láser de una manera innovadora.

Le et al.

Las soldaduras por puntos se realizan mediante tecnología de conexión de soldadura por puntos por resistencia; A continuación, se realizan soldaduras circulares alrededor de los puntos de soldadura mediante tecnología de soldadura por vuelo láser.

Los investigadores encontraron que se lograron mejoras significativas en las propiedades mecánicas de las uniones de aluminio/acero cambiando la estructura de la unión y controlando el grosor de los compuestos intermetálicos quebradizos. La soldadura por puntos de resistencia tenía una carga de tracción-cizallamiento considerable pero poca ductilidad y absorción de energía debido a la presencia de un área de unión débil alrededor de la periferia de la junta, lo que facilitó el inicio de la grieta y su rápida propagación.

El siguiente proceso de soldadura por puntos con láser se llevó a cabo en el área de unión débil de la junta de soldadura por puntos de resistencia, lo que inhibió la rápida propagación de las grietas a lo largo de la interfaz de contacto (una superficie de contacto es una de las superficies en contacto en una unión) evitando la fractura de la interfaz.

En comparación con las juntas de soldadura por puntos de resistencia, la carga máxima de tracción-cizallamiento y la absorción de energía aumentaron en un 18,2 % y un 424,8 % para las juntas de soldadura híbrida, respectivamente.

Recursos

Mingfeng Li et al. (2022) "Soldadura por puntos híbrida de resistencia y láser de materiales diferentes de aluminio a acero: microestructura y propiedades mecánicas", Materials & Design doi: 10.1016/j.matdes.2022.111022

Publicado el 06 de septiembre de 2022 en Fabricación, Antecedentes del mercado, Materiales, Reducción de peso | Enlace permanente | Comentarios (0)