Technologie třecího svařování vaniček z hořčíkové slitiny pro nová energetická vozidla

Vzhledem k rostoucím tlakům, jako je ochrana životního prostředí, úspora energie a snižování emisí, uhlíková špička a uhlíková neutralita, bude lehká hmotnost nevyhnutelným trendem ve výrobě automobilů. Koncept odlehčené hmotnosti vznikl v motorsportu, jeho výhodou je, že za předpokladu zachování bezpečnostního výkonu může snížení hmotnosti přinést lepší ovladatelnost a akceleraci; a realizace lehké výroby automobilů je především prostřednictvím: konstrukčního návrhu, nové aplikace materiálů a nových materiálů jsou především neželezné kovy jako hliník a hořčík.

Ve výrobě automobilů materiály, jako jsou hliníkové slitiny a hliníkovo-ocelové kompozitní struktury, nahradily tradiční ocelové materiály v klíčových komponentech, zatímco slitiny hořčíku jako nový typ konstrukčního materiálu představují relativně malý podíl na výrobě automobilů. V současné době každé auto v Evropě a Spojených státech používá 5,8–23,6 kg dílů z hořčíkové slitiny a spotřeba jednoho auta v mé zemi je méně než 10 kg. Důvodem je, že obtížné svařování slitin hořčíku je klíčovým technickým problémem, který omezuje použití automobilových dílů ze slitiny hořčíku ve velkém měřítku.

Dosáhnout kvalitního svařování hořčíkových slitin tavným svařováním je velmi obtížné z následujících důvodů:

1. Díky silným oxidačním vlastnostem hořčíku je snadné vytvořit oxidový film (MgO) během procesu svařování a je snadné vytvářet vměstky ve svaru, což snižuje výkon svaru. Při vysoké teplotě také hořčík snadno chemicky reaguje s dusíkem ve vzduchu za vzniku nitridu hořečnatého, který oslabuje výkon kloubu. 

 2. Bod varu hořčíku není vysoký, což způsobí jeho snadné odpařování při vysoké teplotě oblouku. 

 3. Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti se při svařování hořčíkových slitin používá vysoce výkonný zdroj tepla a vysokorychlostní svařování, které snadno způsobí přehřátí a růst zrn kovu v oblasti svaru a blízko svaru. 

 4. Koeficient tepelné roztažnosti hořčíkové slitiny je velký, což je asi 1 až 2 krát vyšší než u hliníku. Během procesu svařování je snadné vytvořit velkou deformaci svařování, která způsobuje velké zbytkové napětí. 

 5. Vzhledem k tomu, že povrchové napětí hořčíku je menší než u hliníku, je snadné způsobit zborcení svarového kovu během svařování, což ovlivňuje kvalitu vytvoření svaru. 

 6. Podobně jako při svařování hliníkových slitin se při svařování slitin hořčíku snadno vytvářejí vodíkové otvory. Rozpustnost vodíku v hořčíku klesá s poklesem teploty a hustota hořčíku je menší než u hliníku, takže plyn nemůže snadno unikat a při tuhnutí svaru se vytvoří póry. 

 7. Slitiny hořčíku snadno tvoří s jinými kovy eutektickou strukturu s nízkou teplotou tání a ve svarových spojích se snadno tvoří krystalické trhliny. Když je teplota na spoji příliš vysoká, nízkotavná sloučenina ve struktuře spoje se roztaví na hranici zrn a vytvoří dutiny nebo způsobí oxidaci na hranici zrn, což je takzvaný fenomén 'přepálení'.