Ny teknik udvider industriel brug af avancerede højstyrke stållegeringer

Bilindustriens efterspørgsel efter højtydende legeringer kendt som avanceret højstyrkestål (AHS) er steget i de seneste år på grund af stadig hårdere passagersikkerhed, krav til køretøjets ydeevne og brændstoføkonomi.

Kendetegnet ved forbedret formbarhed og kollisionsresistens sammenlignet med konventionelle stålkvaliteter, højstyrkestål er blevet brugt på kritiske sikkerhedssteder i bilens konstruktioner til at absorbere energi fra stød. Imidlertid, nogle af disse højstyrkelegeringer har en tendens til at blive sprøde som følge af svejsning og kan gå i stykker, når de udsættes for den varme stempling og formning, der kræves af mange fremstillingsprocesser.

"Dette problem gør det umuligt at bruge AHS-stål ikke kun i bilindustrien, men også i andre industrier, såsom rumfart, sagde Milton Sergio Fernandes de Lima, en forsker ved det brasilianske luftvåbnekommandos institut for avancerede studier (IEAv). For at løse dette problem, Lima har udviklet en innovativ metode til lasersvejsning med høj temperatur til AHS-stål, der er egnet til rumfartsapplikationer.

Resultaterne, opnået, mens Lima var visiting fellow ved Colorado School of Mines i USA med støtte fra Sao Paulo Research Foundation, er nu blevet offentliggjort i www.aws.org/supplement/WJ_2017_10_s376.pdf"> Svejsning Journal .

Teknikken udviklet af Lima består af opvarmning af plader af 22MnB5 stål - den mest lovende AHS-kvalitet til varmstempling og formning - til cirka 450°C 10 minutter før lasersvejsning for at udligne temperaturerne. Pladerne holdes ved en høj temperatur i yderligere 10 minutter efter svejsning for at frembringe en bainitisk struktur. Metallurger har opdaget, at bainit, en mikrobestanddel, der dannes i stål under visse betingelser, er den bedste kandidat til at producere seje og pålidelige svejsesamlinger. I særdeleshed, den viser høje værdier for udbytte og trækstyrker.

Analyse viste, at plader svejset ved denne høje temperatur indeholdt bainit og var langt hårdere end plader svejset ved stuetemperatur, som indeholdt martensit, en mikrobestanddel med lavere udbytte og trækstyrker end bainit. Stresstests viste også modstandsdygtigheden af ​​plader svejset ved høj temperatur. "Det lykkedes os at producere hårde svejsninger direkte i det bainitiske bånd uden behov for yderligere varmebehandling, " sagde Lima.

Mulige anvendelser

Ifølge Lima, teknikken kan let anvendes i fremstillingen for at forbedre lasersvejsning af højstyrke og ultrahøj styrke stål. Bilindustrien bruger lasersvejsning til at forbinde stålemner og udstemplede strukturelle kropsdele såsom søjler, bjælker, skinner, rammer, tunneler og stænger hurtigere og mere pålideligt end ved konventionel svejsning.

I luftfartsindustrien, lasersvejsning bruges af flyproducenter som Boeing og Airbus, samt nogle mindre europæiske virksomheder, at forbedre svejsesikkerheden i konstruktioner til fly, raketter, missiler, satellitter, re-entry køretøjer, antenner, indbyggede systemer og droner.

"Lasersvejsede strukturer i denne industri skal kunne modstå høj temperatur og eksternt tryk, "Lima sagde." Derfor er behovet for meget høje niveauer af pålidelighed. "Selvom undersøgelserne er i de tidlige stadier, bainitisk stål forventes at være et fremragende materiale til afskærmning og armering på grund af dets høje kapacitet til at absorbere mekanisk energi, han tilføjede.

"Mange materialer udviklet af luftfartsindustrien har aldrig fløjet, fordi de ikke opfylder branchens nødvendigvis høje pålidelighedskrav, "Lima sagde." Men biprodukter af disse materialer kan have anvendelser og let blive introduceret på andre områder, såsom bilindustrien." Lima er i øjeblikket engageret i et projekt, også understøttet af FAPESP, at bevise gennemførligheden af ​​hans teknik i Brasilien og bruge den til lasersvejsning af maraldrende stål, en væsentlig ingrediens i brasilianske raket- og missilmotorer.