GOALI/Collaborative Research: Fundamental Research on Impact Welding of Aluminum and Steel

GOALI/合作研究:铝和钢冲击焊接的基础研究

基本信息

  • 批准号:
    1537471
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.2万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-08-01 至 2020-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Grant Opportunity for Academic Liaison with Industry (GOALI) collaborative research award supports fundamental research on an emerging welding technology - impact welding - to join material combinations that are otherwise difficult to join. Research will focus on aluminum-steel welds because there are diverse and important commercial needs in joining these metals. Both base metals are well characterized and the development of robust aluminum-steel unions can reduce automobile mass. Lighter cars use less fuel and emit less carbon to the atmosphere. Research results will enable wider application of this technology in important industries including automotive, aerospace, and medical devices. Traditional welding processes melt both metals to be joined and the molten mixing can result in brittle intermetallic compounds, rendering the joints unsuitable for most structural applications. Impact welds can be strong and tough and are created in the solid state by a high-speed (typically 200-700 m/s) oblique collision between two metal surfaces. The objectives of this research are: 1) to understand how the thickness of the flyer plate (and therefore its total kinetic energy) affects the structure of the interface that is formed, 2) to understand the real-time evolution of strain, temperature and morphology of the interface during the impact welding process and 3) relate the deformation history to the final structure and properties of the weld. Unique tools are used to study aluminum-steel impacts from flyer thicknesses of 25 µm to 25 mm. Laser impact welding and explosive welding are used for the thinnest and thickest flyers, respectively, while vaporizing foil actuator welding will be used to accelerate flyers of several intermediate thicknesses. Photonic Doppler velocimetry will enable detailed measurements of collision speed and angle. Finite element models based on Smoothed Particle Hydrodynamics and Arbitrary Lagrangian-Eulerian methods will be developed for these problems. Their validity will be tested by metallographic examination of welded structures and comparison of these to simulation. These models will be used to understand the complex dynamic development of material strains, temperatures and structures and on a wide range of length scales.
这项与行业联络的赠款机会(Goali)合作研究奖支持有关新兴焊接技术的基础研究 - 影响焊接 - 加入否则难以加入的物质组合。研究将重点放在铝制焊接上,因为加入这些金属有潜水员和重要的商业需求。两种碱金属的特征都很好,健壮的铝制工会的发展可以减少汽车质量。较轻的汽车使用较少的燃料,并降低了大气的碳。研究结果将使该技术更广泛地应用于包括汽车,航空航天和医疗设备在内的重要行业。传统的焊接工艺融化了两种要连接的金属,熔融混合可能会导致金属间化合物,从而使关节不适合大多数结构应用。撞击焊缝可能是强大而坚固的,并且是在两个金属表面之间的高速(通常为200-700 m/s)的斜碰撞中以固态产生的。这项研究的目的是:1)了解传单板的厚度如何(因此是其总动能)影响形成的界面的结构,2),2)了解撞击过程中界面的应变,温度和界面的实时演变,以及3)与焊接的最终结构和特性相关的相关结构和特性。独特的工具用于研究从25 µm至25 mm的传单厚度的铝钢冲击。激光冲击焊接和爆炸性焊接分别用于最薄和最厚的传单,而蒸发箔执行器焊接将用于加速几个中间厚度的传单。光子多普勒速度法将对碰撞速度和角度进行详细测量。将针对这些问题开发基于平滑粒子流体动力学和任意拉格朗日 - 欧拉群方法的有限元模型。它们的有效性将通过对焊接结构的金属学检查以及对模拟的比较进行测试。这些模型将用于了解材料应变,温度和结构的复杂动态开发以及范围广泛的尺度。

项目成果

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