Технологія зварювання тертям з перемішуванням акумуляторних батарей із магнієвого сплаву для транспортних засобів з новою енергією

Через дедалі більший тиск, такий як охорона навколишнього середовища, енергозбереження та скорочення викидів, пік вуглецю та вуглецевий нейтралітет, легка вага стане неминучим трендом у виробництві автомобілів. Концепція легкої ваги виникла в автоспорті, її перевага полягає в тому, що за умови підтримки безпеки, зменшення ваги може забезпечити кращу керованість і прискорення; і реалізація полегшеного виробництва автомобілів відбувається в основному за допомогою: структурного дизайну, застосування нових матеріалів і нових матеріалів, в основному, кольорових металів, таких як алюміній і магній.

У виробництві автомобілів такі матеріали, як алюмінієві сплави та алюмінієво-сталеві композитні конструкції, замінили традиційні сталеві матеріали в ключових компонентах, тоді як магнієві сплави, як новий тип конструкційного матеріалу, складають відносно невелику частку в автомобільному виробництві. Зараз кожна машина в Європі та Сполучених Штатах використовує 5,8-23,6 кг деталей із магнієвого сплаву, а споживання однієї машини в моїй країні становить менше 10 кг. Причина полягає в тому, що складне зварювання магнієвих сплавів є ключовою технічною проблемою, яка обмежує широкомасштабне застосування автозапчастин із магнієвих сплавів.

Домогтися якісного зварювання магнієвих сплавів методом зварювання плавленням дуже складно з наступних причин:

1. Завдяки сильній окислювальній властивості магнію під час процесу зварювання легко утворюється оксидна плівка (MgO), а в зварному шві легко утворюються включення, що знижує продуктивність зварного шва. При високій температурі магній також легко вступає в хімічну реакцію з азотом у повітрі з утворенням нітриду магнію, що послаблює ефективність з’єднання. 

 2. Температура кипіння магнію невисока, що призведе до його легкого випаровування під високою температурою дуги. 

 3. Завдяки високій теплопровідності при зварюванні магнієвих сплавів використовуються потужне джерело тепла і високошвидкісне зварювання, що легко викликає перегрів і зростання зерна металу в зварних і пришовних зонах. 

 4. Коефіцієнт теплового розширення магнієвого сплаву великий, приблизно в 1-2 рази більший, ніж у алюмінію. Під час процесу зварювання легко виробляти велику зварювальну деформацію, що викликає велике залишкове напруження. 

 5. Оскільки поверхневий натяг магнію менший, ніж алюмінію, під час зварювання легко зруйнувати зварювальний метал, що впливає на якість формування зварного шва. 

 6. Подібно до зварювання алюмінієвих сплавів, під час зварювання магнієвих сплавів легко утворюються водневі отвори. Розчинність водню в магнії зменшується зі зниженням температури, а щільність магнію менша, ніж у алюмінію, тому газ важко вийти, і під час затвердіння зварного шва будуть утворюватися пори. 

 7. Магнієві сплави легко утворюють евтектичну структуру з низькою температурою плавлення з іншими металами, а в зварних з’єднаннях легко утворюються кристалічні тріщини. Коли температура на з’єднанні надто висока, легкоплавка сполука в структурі з’єднання плавиться на межі зерен, утворюючи порожнини або спричиняючи окислення меж зерен, що є так званим явищем «перегорання».