Tehnologija varjenja s trenjem in mešanjem baterijskih pladnjev iz magnezijeve zlitine za nova energetska vozila

Zaradi vedno večjih pritiskov, kot so varstvo okolja, varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij, doseganje najvišje ravni ogljika in ogljična nevtralnost, bo lahka teža neizogiben trend v proizvodnji avtomobilov. Koncept lahkega vozila izvira iz motošporta, njegova prednost pa je, da lahko pod predpostavko ohranjanja varnostnih zmogljivosti zmanjšanje teže prinese boljše upravljanje in pospeševanje; uresničitev lahke proizvodnje avtomobilov poteka predvsem prek: strukturnega oblikovanja, uporabe novih materialov in Novi materiali so predvsem neželezne kovine, kot sta aluminij in magnezij.

V avtomobilski proizvodnji so materiali, kot so aluminijeve zlitine in aluminijevo-jeklene kompozitne strukture, zamenjali tradicionalne jeklene materiale v ključnih komponentah, medtem ko magnezijeve zlitine kot nova vrsta konstrukcijskega materiala predstavljajo relativno majhen delež avtomobilske proizvodnje. Trenutno vsak avto v Evropi in Združenih državah uporablja 5,8-23,6 kg delov iz magnezijeve zlitine, poraba enega avtomobila v moji državi pa je manjša od 10 kg. Razlog je v tem, da je težko varjenje magnezijevih zlitin ključni tehnični problem, ki omejuje obsežno uporabo avtomobilskih delov iz magnezijeve zlitine.

Visokokakovostno varjenje magnezijevih zlitin s talilnim varjenjem je zelo težko doseči iz naslednjih razlogov:

1. Zaradi močne oksidativne lastnosti magnezija je med postopkom varjenja enostavno oblikovati oksidni film (MgO), v zvaru pa je enostavno oblikovati vključke, kar zmanjša učinkovitost zvara. Pri visoki temperaturi magnezij prav tako zlahka kemično reagira z dušikom v zraku, da nastane magnezijev nitrid, ki oslabi delovanje sklepa. 

 2. Vrelišče magnezija ni visoko, kar bo povzročilo, da zlahka izhlapi pod visoko temperaturo obloka. 

 3. Zaradi visoke toplotne prevodnosti se pri varjenju magnezijevih zlitin uporablja visokozmogljiv vir toplote in varjenje z visoko hitrostjo, kar zlahka povzroči pregrevanje in rast zrn kovine v območjih zvara in blizu zvara. 

 4. Koeficient toplotnega raztezanja magnezijeve zlitine je velik, kar je približno 1 do 2-krat več kot pri aluminiju. Med postopkom varjenja je enostavno proizvesti velike varilne deformacije, kar povzroči velike preostale napetosti. 

 5. Ker je površinska napetost magnezija manjša od površinske napetosti aluminija, je zlahka povzročiti, da se zvar med varjenjem zruši, kar vpliva na kakovost tvorbe zvara. 

 6. Podobno kot pri varjenju aluminijevih zlitin tudi pri varjenju magnezijevih zlitin zlahka nastanejo vodikove luknje. Topnost vodika v magneziju se zmanjša z znižanjem temperature, gostota magnezija pa je manjša od gostote aluminija, zato plinu ni enostavno uiti, med strjevanjem zvara pa se bodo oblikovale pore. 

 7. Magnezijeve zlitine zlahka oblikujejo evtektično strukturo z nizkim tališčem z drugimi kovinami, v zvarjenih spojih pa je enostavno oblikovati kristalne razpoke. Ko je temperatura na spoju previsoka, se spojina z nizkim tališčem v strukturi spoja stopi na meji zrn, da nastanejo votline ali povzroči oksidacija na mejah zrn, kar je tako imenovani pojav 'pregorevanja'.