Technologia zgrzewania tarciowego półek akumulatorowych ze stopu magnezu do pojazdów nowej generacji

Ze względu na coraz większe naciski, takie jak ochrona środowiska, oszczędzanie energii i redukcja emisji, maksymalny poziom emisji dwutlenku węgla i neutralność pod względem emisji dwutlenku węgla, lekkość będzie nieuniknionym trendem w produkcji samochodów. Koncepcja lekkości wywodzi się ze sportów motorowych, jej zaletą jest to, że przy założeniu utrzymania bezpieczeństwa, redukcja masy może zapewnić lepsze prowadzenie i przyspieszenie; a realizacja lekkiej produkcji samochodów odbywa się głównie poprzez: projektowanie konstrukcyjne, zastosowanie nowych materiałów. Nowe materiały to głównie metale nieżelazne, takie jak aluminium i magnez.

W produkcji samochodów materiały takie jak stopy aluminium i konstrukcje kompozytowe aluminiowo-stalowe zastąpiły tradycyjne materiały stalowe w kluczowych komponentach, podczas gdy stopy magnezu, jako nowy rodzaj materiału konstrukcyjnego, stanowią stosunkowo niewielką część produkcji samochodów. Obecnie w każdym samochodzie w Europie i Stanach Zjednoczonych zużywa się 5,8–23,6 kg części ze stopu magnezu, a zużycie jednego samochodu w moim kraju wynosi niecałe 10 kg. Powodem jest to, że trudne spawanie stopów magnezu jest kluczowym problemem technicznym, który ogranicza zastosowanie części samochodowych ze stopu magnezu na dużą skalę.

Bardzo trudno jest uzyskać wysokiej jakości spawanie stopów magnezu metodą zgrzewania z następujących powodów:

1. Ze względu na silne właściwości utleniające magnezu, podczas procesu spawania łatwo tworzy się warstwa tlenku (MgO), a w spoinie łatwo tworzą się wtrącenia, zmniejszające wydajność spoiny. W wysokiej temperaturze magnez łatwo wchodzi w reakcję chemiczną z azotem z powietrza, tworząc azotek magnezu, który osłabia działanie złącza. 

 2. Temperatura wrzenia magnezu nie jest wysoka, co powoduje jego łatwe odparowywanie pod wpływem wysokiej temperatury łuku. 

 3. Ze względu na wysoką przewodność cieplną, podczas spawania stopów magnezu stosuje się źródło ciepła o dużej mocy i spawanie z dużą prędkością, co łatwo powoduje przegrzanie i wzrost ziaren metalu w obszarach spoiny i przy spoinie. 

 4. Współczynnik rozszerzalności cieplnej stopu magnezu jest duży i jest około 1 do 2 razy większy niż aluminium. Podczas procesu spawania łatwo jest wytworzyć duże odkształcenia spawalnicze, powodując duże naprężenia szczątkowe. 

 5. Ponieważ napięcie powierzchniowe magnezu jest mniejsze niż aluminium, łatwo jest spowodować zapadnięcie się metalu spoiny podczas spawania, co wpływa na jakość spoiny. 

 6. Podobnie jak przy spawaniu stopów aluminium, podczas spawania stopów magnezu łatwo powstają dziury wodorowe. Rozpuszczalność wodoru w magnezie maleje wraz ze spadkiem temperatury, a gęstość magnezu jest mniejsza niż glinu, przez co gaz nie jest łatwo ulatniać się, a podczas krzepnięcia spoiny tworzą się pory. 

 7. Stopy magnezu łatwo tworzą strukturę eutektyczną o niskiej temperaturze topnienia z innymi metalami, a w złączach spawanych łatwo powstają pęknięcia krystaliczne. Gdy temperatura na złączu jest zbyt wysoka, niskotopliwy związek w strukturze złącza stopi się na granicy ziaren, tworząc wgłębienia lub powodując utlenianie granicy ziaren, co jest tak zwanym zjawiskiem „przepalenia”.