未來汽車制造將更強(qiáng)，更節(jié)能
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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俄亥俄州立大學(xué)工程師研究出一種較傳統(tǒng)的焊接方式耗能減少80%的新焊接技術(shù)，創(chuàng)造出比以往強(qiáng)50%的結(jié)合。
該項(xiàng)新技術(shù)將會(huì)對汽車工業(yè)產(chǎn)生重大影響。該技術(shù)準(zhǔn)備提供新的汽車，其將傳統(tǒng)的重型鋼件與更輕的替代金屬相結(jié)合來減少車輛的重量。
盡管在材料設(shè)計(jì)的最新進(jìn)展中，替代金屬在制造實(shí)踐中仍是很大的挑戰(zhàn)。很多人考慮采用傳統(tǒng)的非焊接方式實(shí)現(xiàn)，部分是因?yàn)楹附舆^程中的高溫和再凝固過程使替代金屬弱化，俄亥俄州立大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)教授Glenn Daehn說。他幫助研究了這項(xiàng)新技術(shù)。
Glenn Daehn說：“材料變強(qiáng)了，但是焊接不會(huì)。我們可以設(shè)計(jì)出具有完整微觀結(jié)構(gòu)的金屬，但是當(dāng)采用焊接工藝時(shí)，這種微觀結(jié)構(gòu)被破壞了。”
“采用我們的方法，在材料成型和結(jié)合的同時(shí)，他們實(shí)際上也變強(qiáng)了。”
日前在哥倫布舉行的2015年材料科學(xué)與技術(shù)研討會(huì)上，Daehn就該項(xiàng)新工藝發(fā)表了主題演講。
在傳統(tǒng)的電阻電焊工藝中，制造商在金屬件中通入電流，由于金屬本身的電阻作用產(chǎn)生熱量，金屬部分融化結(jié)合在一起形成焊接件。然而該項(xiàng)工藝存在產(chǎn)生高電流的能耗多，并且金屬融化的部分不如之前強(qiáng)固的缺點(diǎn)。
在過去的十多年中，Daehn和他的團(tuán)隊(duì)一直在努力尋找新的方法來解決這些問題。他們已經(jīng)在被稱為汽化鋁箔發(fā)生器（VFA）系統(tǒng)焊接上積累了超過半打的專利。
在VFA中，高壓容器組合在薄的鋁箔中產(chǎn)生很短的電學(xué)脈沖。僅幾微秒（百萬分之一秒），鋁箔蒸發(fā)，熱氣的爆出使兩金屬部件以接近每時(shí)數(shù)千英里的速度結(jié)合。
部件未發(fā)生融化，因此在他們之前不存在薄弱的金屬接縫。相反，兩種金屬間形成了原子級的直接結(jié)合。在高能顯微鏡下觀察，在材料延伸向外彼此環(huán)繞的點(diǎn)處結(jié)合截面很漂亮，經(jīng)常呈現(xiàn)出完整的花體。
該項(xiàng)技術(shù)使用更少的能量是因?yàn)殡娒}沖的時(shí)間很短，并且蒸發(fā)鋁箔所需能量也較金屬部件融化所需能量更少。
目前為止，工程師門已實(shí)現(xiàn)了不同組合的結(jié)合，如Cu，Al，Mg，F(xiàn)e，Ni，Ti等。他們在經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的鋼和Al合金中創(chuàng)造了很強(qiáng)的結(jié)合——通常認(rèn)為不可能的壯舉。通過焊接區(qū)結(jié)合的高強(qiáng)鋼/鋁比基體金屬具有更高的強(qiáng)度。
該技術(shù)在有效形成金屬部件的同時(shí)將其焊接起來，節(jié)省了制造商的步驟。
Daehn和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在想與制造商一起進(jìn)一步發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，這將通過俄亥俄州立大學(xué)技術(shù)商業(yè)化辦公室的許可。