Fordonsindustrins efterfrågan på högpresterande legeringar kända som avancerade höghållfasta (AHS) stål har ökat under de senaste åren på grund av allt tuffare passagerarsäkerhet, krav på fordonsprestanda och bränsleekonomi.
Kännetecknas av förbättrad formbarhet och kollisionsförmåga jämfört med konventionella stålsorter, höghållfasta stål har använts på kritiska säkerhetsplatser i bilens konstruktioner för att absorbera energi från stötar. Dock, några av dessa höghållfasta legeringar tenderar att bli spröda till följd av svetsning och kan gå sönder när de utsätts för varmstämpling och formning som krävs av många tillverkningsprocesser.
"Det här problemet gör det omöjligt att använda AHS-stål inte bara inom bilindustrin utan även i andra industrier som flyg- och rymdindustrin, " sa Milton Sergio Fernandes de Lima, en forskare vid Brazilian Air Force Command's Institute for Advanced Studies (IEAv). För att lösa detta problem, Lima har utvecklat en innovativ metod för högtemperaturlasersvetsning för AHS-stål lämpligt för flygtillämpningar.
Resultaten, erhållit medan Lima var en besökande kollega vid Colorado School of Mines i USA med stöd från Sao Paulo Research Foundation, har nu publicerats i www.aws.org/supplement/WJ_2017_10_s376.pdf"> Svetsjournal .
Tekniken som utvecklats av Lima består av värmeplåtar av 22MnB5 -stål - den mest lovande AHS -kvaliteten för varmstämpling och formning - till cirka 450 ° C 10 minuter före lasersvetsning för att utjämna temperaturerna. Plåtarna hålls vid en hög temperatur i ytterligare 10 minuter efter svetsning för att ge en bainitisk struktur. Metallurgister har upptäckt att bainit, en mikrobeståndsdel som bildas i stål under vissa förhållanden, är den bästa kandidaten för att producera tuffa och pålitliga svetsfogar. Särskilt, den visar höga värden för sträck- och draghållfasthet.
Analyser visade att plåtar svetsade vid denna höga temperatur innehöll bainit och var mycket segare än plåtar svetsade i rumstemperatur, som innehöll martensit, en mikrobeståndsdel med lägre utbyte och draghållfasthet än bainit. Stresstester visade också motståndskraften hos plåtar svetsade vid hög temperatur. "Vi lyckades producera tuffa svetsar direkt i det bainitiska bandet utan behov av ytterligare värmebehandling, sa Lima.
Möjliga tillämpningar
Enligt Lima, Tekniken kan enkelt tillämpas i tillverkningen för att förbättra lasersvetsning av höghållfast och ultrahöghållfast stål. Bilindustrin använder lasersvetsning för att sammanfoga stålämnen och stansade strukturella kroppsdelar som pelare, strålar, skenor, ramar, tunnlar och stänger snabbare och mer pålitligt än med konventionell svetsning.
Inom flygindustrin, lasersvetsning används av flygplanstillverkare som Boeing och Airbus, samt några mindre europeiska företag, att förbättra svetstillförlitligheten i strukturer för flygplan, raketer, missiler, satelliter, återinträdesfordon, antenner, ombordsystem och drönare.
"Lasersvetsade strukturer i denna industri måste kunna motstå hög temperatur och yttre tryck, " sa Lima. "Därav behovet av mycket höga nivåer av tillförlitlighet." Även om studierna är i ett tidigt skede, bainitiskt stål förväntas vara ett utmärkt material för skärmning och armering på grund av dess höga förmåga att absorbera mekanisk energi, han lade till.
"Många material som utvecklats av flygindustrin har aldrig flugit eftersom de inte uppfyller industrins nödvändigtvis höga tillförlitlighetskrav, ", sa Lima. "Men biprodukter av dessa material kan ha tillämpningar och lätt introduceras i andra områden, såsom bilindustrin." Lima är för närvarande engagerad i ett projekt, stöds även av FAPESP, för att bevisa genomförbarheten av hans teknik i Brasilien och använda den för lasersvetsning av maragerande stål, en viktig ingrediens i brasilianska raket- och missilmotorer.
