CIQTEK SEM 연구에서는 돌출형 링 전극이 알루미늄 합금 점용접 및 전극 수명을 개선한다는 사실이 밝혀졌습니다.

탁월한 강도 대 중량비로 높이 평가받는 알루미늄 합금은 자동차 경량화에 이상적인 소재입니다. 저항 점용접(RSW)은 자동차 차체 제조에서 여전히 주류를 이루는 접합 방식입니다. 그러나 알루미늄의 높은 열전도도와 표면 산화막으로 인해 강철에 사용되는 전류보다 훨씬 높은 용접 전류가 필요합니다. 이로 인해 구리 전극 마모가 가속화되어 용접 품질이 불안정해지고 전극 유지 보수가 자주 필요하며, 생산 비용도 증가합니다. 전극 수명 연장 용접 품질을 보장하는 것이 업계에서 중요한 기술적 병목 현상이 되었습니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 상하이 광학 및 정밀 기계 연구소의 Yang Shanglu 박사 팀은 다음을 사용하여 심층 연구를 수행했습니다. CIQTEK FESEM SEM5000 그들은 혁신적으로 돌출된 링 전극을 설계하고 전극 형태에 대한 링 수(0~4)의 영향을 체계적으로 조사하여 링 수, 용접 너겟의 결정 결함 및 전류 분포 간의 본질적인 관계를 밝혔습니다. 연구 결과에 따르면, 돌출된 링의 수를 늘리면 전류 분배가 최적화되고, 열 입력 효율이 향상되고, 용접 너겟이 커지고, 전극 수명이 크게 연장됩니다. 특히, 돌출된 링은 산화막 침투력을 향상시켜 전류 흐름을 개선하는 동시에 공식 부식을 감소시킵니다. 이 혁신적인 전극 설계는 전극 마모를 완화하는 새로운 기술적 접근법을 제공하고 자동차 산업에서 알루미늄 합금 RSW의 광범위한 적용을 위한 이론적 및 실용적 토대를 마련합니다. 이 연구는 재료 가공 기술 저널 "라는 제목으로 알루미늄 합금 저항 점용접에 대한 전극 표면 형태의 영향 조사. ”

레이즈드 링 전극 설계 혁신

전극 마모 문제에 직면한 연구팀은 전극 형태학을 통해 문제에 접근했습니다. 기존 구형 전극의 끝면에 0~4개의 동심원 모양의 돌출 링을 가공하여 새로운 뉴턴 링 전극(NTR)을 형성했습니다.

그림 1. 실험에 사용된 전극의 표면 형태 및 단면 프로파일

SEM 분석으로 결정 결함 및 성능 향상 확인

돌출된 링은 용접 성능에 어떤 영향을 미칩니까? CIQTEK FESEM SEM5000 및 EBSD 기술 연구팀은 용접 너겟의 미세 구조를 상세히 분석했습니다. 돌출된 링이 용접 중 산화 알루미늄층을 관통하여 전류 분포를 최적화하고, 입열에 영향을 미치며, 너겟 성장을 촉진한다는 것을 발견했습니다. 더 중요한 것은 돌출된 링과 용융 금속 사이의 기계적 상호작용이 용접 너겟 내 기하학적 필수 전위(GND) 및 저각 결정립계(LAGB)와 같은 결정 결함의 밀도를 크게 증가시킨다는 것입니다. 세 개의 돌출된 링(NTR3)에서 최적의 성능이 관찰되었습니다.

그림 2. NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 및 NTR4 전극에 대한 용접 너겟 미세 구조의 EBSD 분석

전극 수명 연장

용접 품질 향상 외에도, 돌출형 링 전극은 탁월한 내마모성을 보여줍니다. 10회 용접 수명 시험 후, 전극 마모의 차이는 현저했습니다.

그림 3. NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 및 NTR4 전극의 전극 수명

정량 분석

돌출된 링이 없는 NTR0 전극은 1,349만 μm²의 마모 면적을 나타냈습니다.

비교해 보면, 3개와 4개의 돌출된 링을 사용한 NTR3 및 NTR4 전극은 마모 면적을 각각 435만 μm²와 398만 μm²로 줄여 각각 67.8%와 70.5% 감소시켰습니다.

융기된 링 구조는 전류를 링을 따라 집중시켜 미리 정해진 경로를 따라 마모를 유도하고 무작위적인 피트 확장을 방지하여 전극 수명을 효과적으로 두 배로 늘립니다.

그림 4. 5회 및 10회 용접 후 NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 및 NTR4 전극의 피팅 영역: (a) 5번째 용접, (b) 10번째 용접,

전극 피팅의 미세 분석

알루미늄 시트에 접착될 때까지 용접 후 NTR0 전극을 추가로 SEM 분석한 결과, 전극과 시트 사이에 10μm 두께의 금속간 화합물(IMC) 층이 존재하는 것으로 나타났습니다. 이 전이층은 두 개의 구리 함유 하위층으로 구성됩니다.

전극 근처: 29.2 at.% Cu(Al)를 함유한 더 얇은 하위층 ₄ 구리 ₉ 단계).

알루미늄 합금 근처: 15.5 at.% Cu(AlCu)를 함유한 더 두꺼운 하부층 ₂ 단계).

그림 5. 전극과 시트 사이의 피팅의 조성 분석

이 연구는 혁신적인 전극 형태가 전류 분포를 효과적으로 조절하여 용접 품질을 개선하고 전극 수명을 연장할 수 있음을 보여줍니다. CIQTEK FESEM 현미경 결정 결함 진화 및 전극 피팅을 포함한 미시적 메커니즘에 대한 필수적인 시각화 및 정량적 증거를 제공하여 용접 연구 및 산업 응용 분야에서 고급 특성화가 중요한 역할을 한다는 점을 강조했습니다.