现代汽车是名副其实的不同金属拼装成的构造体。为了让汽车既安全又经济,工程师们早已采用混合车身:用坚固的钢制“笼形”座舱保护人员,用轻质铝制面板(车门、发动机盖、翼子板)降低整车重量。
但恰恰在这里出现了工程上的主要难题。当需要把轻质铝门固定到坚固的钢立柱上,或把钢纵梁焊接到铝副车架上时,金属开始相互冲突。普通焊接时,它们会在接合处形成一层非常坚硬但脆弱的层——所谓金属间化合物。想象一下两块橡胶之间的水泥:看上去很牢固,但只要汽车掉进坑里,或者仅仅因发动机振动,这条焊缝就会开裂,零件就会脱落。
南乌拉尔国立大学的科学家与中国同行找到了一个巧妙的出路。他们决定不只是用电流熔化金属,而是同时强烈地“震动”金属。在新型点焊技术中加入了功率约1200瓦的超声波。这与医生用来清除牙结石的声振动相同,只是功率大得多。焊接瞬间,超声波穿过炽热的金属。真正的奇迹发生了:焊缝内部的晶体变得微小而均匀(尺寸缩小了近五倍)。那些过去毁坏结构的脆弱夹层减薄了一半。声音简直把气泡从金属中震出来,使焊缝变得完美致密。
测试结果令人印象深刻:连接强度提高了一倍,零件使用寿命几乎延长了两倍(1.9倍)。现在零件能够多年承受持续振动而不出现一条裂纹。
这为制造全新产物开辟了道路。
电动汽车:车身将变得更轻,这意味着汽车一次充电能行驶更远。
飞机:客机将变得更轻,能够搭载更多乘客或行李,节省数吨航空煤油。
建筑:将出现各种金属节点彼此连接得比整体混凝土更牢固的桥梁和高层建筑。
该研究发表在权威科学出版物《Engineering Fracture Mechanics》上



