Смешанные сварные соединения имеют большое значение для будущих инновационных конструкций в облегченной конструкции, поскольку они могут использоваться для реализации компонентов, которые специально сочетают в себе высокую прочность и малый вес. Электромагнитная импульсная технология (EMPT) - это инновационный процесс создания таких соединений: соединяемые металлические листы ускоряются друг с другом на высоких скоростях с помощью импульсного электромагнитного поля и прочно связаны друг с другом. Этот метод намного превосходит другие методы, например, склеивание, особенно в течение требуемого времени.
В рамках совместного промышленного исследовательского проекта Институт прочности и надежности системы Фраунгофера (LBF) смог показать, что усталостная прочность этих соединений также соответствует высоким стандартам. Микрофотографии из металлографических исследований показывают хорошее соединение соединенных листов в одном типе алюминиевых сплавов. Из-за высоких относительных смещений листов во время процесса соединения в зоне соединения образуется волнообразная структура соединения. «При соединениях из алюминия и стали микрофотографии не показывают значительных интерметаллических фаз в области соединения, как это обычно происходит с другими составными композитными соединениями. Это должно быть причиной высокой прочности соединений », - объясняет доктор. Йорг Баумгартнер,кто отвечает за исследовательский проект в Fraunhofer LBF.
Оценить виброустойчивость
Чтобы квалифицировать соединения с точки зрения усталостной прочности, ученые провели испытания образцов на растяжение при сдвиге и на разрыв. Внимание было сосредоточено на том, можно ли оценить и спроектировать соединения EMPT-соединения, используя концепции, уже известные из классических сварных соединений. Испытания на усталость показали, что фактическая зона соединения выдерживает вибрационные нагрузки. Для всех образцов трещины всегда начинаются на острых корневых выемках швов внахлест, когда они подвергаются циклическим нагрузкам. В случае алюминиевых соединений того же типа, продвижение трещины всегда происходило через основной материал. »Мы также смогли наблюдать такое поведение на образцах из алюминиевой стали в условиях стресса при отслаивании. Под воздействием напряжения сдвига зона соединения этих образцов была настолько сильной, что разрушение алюминиевого основного материала происходило за пределами зоны соединения », - говорит Баумгартнер.
Метод проектирования аналогичен алюминиевым соединениям
Для проведения оценки усталостной прочности исследовательская группа построила конечно-элементные модели образцов. Трещины в виде надрезов были смоделированы со стандартным радиусом отсчета 0,05 мм. Оценка проводилась с использованием концепции напряжения надреза, которая является стандартной процедурой для оценки вибростойкости сварных соединений во многих областях.
Это показало, что локально переносимые напряжения во всех образцах с разрушением из-за алюминиевого материала сопоставимы с обычными (лазерными или МИГ) сварными соединениями алюминия. Таким образом, высокая циклическая прочность соединения может быть продемонстрирована в ходе исследований. Кроме того, теперь для разработчика доступен метод, с помощью которого он может надежно проектировать такие соединения уже на этапе разработки продукта. (Qui)