自動車の需要により溶接研究が促進される - 雲南ステンレス鋼有限公司

ここでは 12 インチが表示されます。長くて6インチ。この低入熱プロセスを使用して作成された、高さ 4 mm の厚さのテスト壁。ガーリッヒ氏は、これが大型鋳物の使用に代わる理想的な技術であると考えています。ウォータールー大学

自動車産業は、高張力鋼の接合や混合金属接合など、さまざまな分野での溶接研究の触媒となってきました。ウォータールー大学がリブルディと共同で行ったいくつかの新しい研究は、一部の自動車用途だけでなく、ステンレス鋼パイプの溶接やワイヤーアーク積層造形プロセスにも役立つはずです。

「私たちがリブルディと行った研究は、より一貫性があり、より有能なアーク溶接制御の開発を目的としています」とウォータールーの機械・メカトロニクス工学部教授でウォータールー自動車研究センターの一員であるエイドリアン・ガーリッヒ氏は述べた。。 Gerlich と、Emanuel dos Santos および Paulo Costa Assuncao を含む彼の研究仲間チームは、一連のアーク制御パラメータを最適化しました。「基本的に、これは敏感な材料のアーク溶接用に改良されたパルス材料移送モードです。」

リブルディ社は、その制御された短絡金属転写プロセスを「浸漬転写」プロセスと呼んでいます。このプロセスのユニークな点は、発生する熱入力が少ないことです。

「入熱は1ミリメートルあたり0.1 kJです」とGerlich氏は述べた。「自動車産業にとって重要な高張力鋼の用途では、非常に低い入熱で非常に均一なフィレットの堆積が得られるため、歪みが最小限に抑えられます。これは、周囲の鋼への損傷や劣化が少ないことを意味します。微細構造を観察すると、典型的なアーク溶接から期待されるものとまったく同じことがわかります。しかし、入熱は他のほとんどの高度な短絡金属転写プロセスの約半分です。」

この低熱伝達プロセスの副次的な利点は、スパッタが非常に少ないことです。

「液滴は毎秒数百回堆積しており、その過程でスパッタや金属がほとんど放出されていないことが観察されます」とガーリッヒ氏は述べた。「それは、よりきれいな仕上がりを意味します。」

ガーリッヒ氏によると、入熱量はレーザー溶接の範囲に近いという。

「レーザーは、これらの鋼材に対して1ミリメートルあたり0.05 kJから0.15 kJの熱入力を達成する傾向があるため、まさに操舵室内で使用することができます」と彼は言いました。「アーク溶接の利点は、もちろん、安全筐体、部品の取り付けに関して同じ要件がなく、公差がレーザー溶接の方が高く、コストがはるかに低いことです。」

自動車用途では価値がありますが、この非常に低い熱伝達プロセスがステンレス鋼パイプの溶接に最も直接的な影響を与えるとガーリッヒ氏は考えています。

「工業上の課題は、配管（1/4 インチから 1 インチ）などのより厚い材料をアーク溶接する場合、通常、ステンレス鋼の溶接には内部パージガスが必要になることです」と Gerlich 氏は述べています。「パイプの端を内部でキャップし、内部容積をアルゴンシールドガスでパージして、パイプの酸化と溶接部の内側の根元の熱による変色を防ぐ必要があります。

ここでは、ステンレス鋼パイプの内側ルートからのテスト溶接の例を示します。画像: ロブ・ピスター/リブルディ

「私たちが開発したこのアーク溶接モードの興味深い点は、入熱が非常に低いため、バッキングガスがなくてもパイプの内側が熱で変色しないことです。このタイプの溶接を行う必要がある人にとっては、シールドガスでパージする必要があると、シリンダーを扱うための追加の認定が必要になり、アルゴンの追加コストがかかり、パイプを切断する際の密閉空間での作業の許可などの追加の安全規制が必要になります。複雑なモジュールにインストールされています。これらすべてがプロジェクトのコストに影響します。」

ウォータールーの研究者がこの低熱蒸着プロセスを検討したもう 1 つの応用例は、鋼のワイヤーアーク積層造形です。研究者たちは研究を実施し、長さ 12 インチ、高さ 6 インチ、厚さ 4 mm の壁構造を実現することができました。研究者らは、水冷トーチを使用することで、自然冷却された金属を使用した場合よりも高いベース硬度と高い引張強度を達成することにも成功しました。

「ワイヤーアーク添加剤を使用すると、入熱が少ないという利点は、歪みが少なく、亀裂の可能性やその他の潜在的な欠陥が少ないことです」とGerlich氏は述べています。「これにより、超高精度粉末床溶融機と従来の鋳造および機械加工の機能を橋渡しすることができます。もちろん、少なくとも 4 mm の堆積が必要なため、粉末床で達成される幾何学的精度は得られません」壁の厚さは重要ですが、私たちは 1 フィートから数メートルのサイズのコンポーネントを構築する用途、つまり鋳物に代わる構築を検討しています。たとえば、大型のステンレス鋼鋳物は非常に高価で、長いリードタイムを必要とする場合があります。ワイヤーアーク添加剤を使用してそのような部品を構築するには数日かかりますが、それでも鋳造に数週間待つよりも速い場合が多いです。」

この特定の研究以外にも、電気自動車の展開を加速するために必要な需要が、ウォータールーやその他の場所で検討されている研究の道に影響を与えています。

「電気自動車では、アルミニウム溶接に関するすべての機能の再構築が必要です」とガーリッヒ氏は述べています。「電池の筐体の製造には軽量化が必要なため、非常に高い生産量を確保するために、再現性のある高品質のアルミニウム溶接が大きな懸念事項となっています。また、通常の品質管理以外にも懸念事項があります。たとえば、気密シールを備えた筐体が必要ですが、これは達成が難しく、ほとんどの店舗では慣れていない要件です。」

ガーリッヒ氏は、摩擦撹拌溶接はその速度と、良好な溶接を示すために作用する力によって提供されるフィードバックのおかげで、このような用途に使用するには非常に効果的なツールであるが、技術サプライヤーの幅広い選択肢が不足しているため、多くの自動車メーカーがより多くのソリューションプロバイダーにアクセスできるように、アーク溶接、またはアーク溶接とレーザー溶接の組み合わせに依存することを好みます。

ガーリッヒ氏は、この分野の研究が今後数年間で急速に発展し、継続すると予想しています。

編集者の Robert Colman への連絡先は、[email protected] です。