Autos werden stärker und leichter. Fortgeschrittene Strahltechnik entwickelt

Die Ingenieure der Ohio State University haben eine neue Technik für das Explosionsschweißen (Explosionsschweißen) entwickelt, mit der Materialien ohne Festigkeitsverlust zuverlässig verbunden werden können. Darüber hinaus benötigt die neue Technologie 80% weniger Energie als das Punktschweißen und hält die Oberflächen 50% fester.

Die Erfindung kann erhebliche Auswirkungen auf die Automobilindustrie haben. Sie ist bereit, neue Automodelle auf den Markt zu bringen, indem sie traditionellen schweren Stahl mit leichten alternativen Materialien kombiniert, die das Gewicht des Autos reduzieren.

Trotz der jüngsten Erfolge bei der Schaffung innovativer Materialien ist es in der Praxis schwierig, mit ihnen zu arbeiten. Viele gelten im herkömmlichen Sinne als „nicht schweißbar“, vor allem, weil sie unter dem Einfluss hoher Temperaturen und aufgrund des Schmelzens an Festigkeit verlieren.

"Materialien werden stärker und Schweißen nicht", sagt Glenn Daehn, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Ohio State University, einer der Autoren der neuen Schweißtechnik. "Wir können Metalle mit komplizierten Mikrostrukturen entwerfen, aber beim Schweißen werden diese Mikrostrukturen zerstört ... Mit unserer Methode werden die Materialien gleichzeitig geformt und verbunden, in Wirklichkeit werden sie sogar noch fester als zuvor."

Daen sprach auf der Konferenz Materials Science & Technology 2015, die Anfang Oktober in Columbus stattfand, über seine Entdeckung.

Beim traditionellen PunktschweißenDurch die Metalle wird ein starker Strom geleitet, so dass der natürliche elektrische Widerstand des Materials Wärme erzeugt, die sie teilweise schmilzt und schweißt. Diese Technik erfordert jedoch viel Energie und geschmolzene und erstarrte Metallabschnitte sind nicht mehr so ​​stark wie zuvor.

In den letzten zehn Jahren haben Professor Daen und Kollegen eine neue Schweißtechnik entwickelt, die diese Mängel nicht aufweist. Und sie haben es geschafft. Die neue Entwicklung ist durch fast ein Dutzend Patente geschützt und wird als Schweißen mit einem verdampften Folienaktuator (VFA) bezeichnet.

Im Fall von VFA gibt der Hochspannungskondensator einen sehr kurzen elektrischen Impuls in eine dünne Schicht aus Aluminiumfolie unter den geschweißten Oberflächen ab. In wenigen Mikrosekunden verdunstet die Folie und ein heißer Gasblitz drückt zwei Metalle mit einer Geschwindigkeit von mehreren tausend Stundenkilometern gegeneinander.



Teile schmelzen nicht, damit das Metall nicht an Festigkeit verliert. Stattdessen vermischen sich die Atome der beiden Materialien infolge der Kollision buchstäblich miteinander, wie in den Abbildungen gezeigt. Die Untersuchung unter dem Mikroskop zeigt, dass eine außergewöhnlich starke Bindung entsteht. Manchmal erscheinen nach einer Kollision schöne Formen, in denen Materialien buchstäblich in das Gewebe des anderen eingewebt werden.



Tatsächlich wurde eine neue Art des sogenannten explosiven Schweißens entwickelt.aber besser kontrolliert und besser für den industriellen Einsatz geeignet.



Die VFA-Technik benötigt weniger Energie, da der elektrische Impuls sehr kurz ist und weniger Energie zum Verdampfen der Folie benötigt wird als zum Schmelzen der Metalle.

Bisher haben Ingenieure VFA erfolgreich zum Schweißen in verschiedenen Kombinationen von Kupfer, Aluminium, Magnesium, Eisen, Nickel und Titan getestet. Das Schweißen hält Stahl- und Aluminiumlegierungen, die heute in der Industrie weit verbreitet sind, zuverlässig zusammen. Diese Aufgabe war mit herkömmlichen Methoden nicht realisierbar. Forscher sagen, dass beim VFA-Schweißen von hochfesten Stahl- und Aluminiumlegierungen ihre Verbindungen noch haltbarer sind als die ursprünglichen Materialien.

Die Technik ist so leistungsfähig, dass Sie sogar die Form von Metallen während des Schweißens ändern können, wodurch ein zusätzlicher Schritt auf dem Förderband gespart wird.

Jetzt verhandeln Wissenschaftler mit Autoherstellern über die Einführung neuer Technologien in Fabriken.

Source: https://habr.com/ru/post/de385931/