Critical effect of heat input on the joint quality of resistance element welding
저자
박영도 ; Md Abdul Karim ; 진우성 ; 남대근
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
English
주제어
자료형태
학술저널
수록면
239-239(1쪽)
제공처
This study evaluates the influence of heat input on the joint formation and mechanical performance of resistance element welding (REW) between press-hardened steel and aluminum alloy sheets. REW is the joining process of combining thermal (metallic bond between the element and bottom-sheet similar materials) and mechanical (interlock between the element-head and top-sheet dissimilar materials). REW has already been identified as a superior joining process with comparatively higher joint strength than conventional welding or riveting between steel and aluminum dissimilar materials. However, the intensity of heat input is critical for REW joint quality due to the possibility of aluminum sheet melting around the element shank. Excessive melting of aluminum sheets reduces the load-bearing area of the joint; in addition, it forms weak Fe-Al intermetallic compounds. The competition between the weld nugget and aluminum sheet determines the joint strength. When the heat input increases, the failure mode transits from weld interfacial to aluminum sheet failure. The nugget dominates joint strength if the heat input is comparatively low; however, the aluminum sheet plays a significant role with the increase of heat input. The maximum peak load and energy absorption of the REW joints enhance with heat input until a critical value. The heat input has a negative effect on joint strength after the critical value because of aluminum sheet melting and squeezing out and subsequent reduction of load-bearing area of the aluminum sheet. Therefore, increasing nugget size cannot improve joint strength in this stage. Conversely, the joint strength slightly decreases due to the reduction in the load-bearing area; furthermore, the strength of the base aluminum sheet degrades due to the formation of Fe-Al intermetallic compounds. Consequently, determining the appropriate heat input level is crucial to achieving an excellent performance of the REW joints. The finite element method (FEM) can effectively predict the nugget size and aluminum sheet melting characteristics to determine the level of heat input before mass production. In this present study, the simulation results satisfy the experimental observations of the aluminum sheet melting characteristics and achieve less than 11.5% of error in nugget size.
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