Університет Мішкольця Факультет машинобудування та інформатики Інститут матеріалознавства та технології матеріалів Матеріал для дуги та опору ТОЧКИ ЗВАРЮВАННЯ ТОНКИХ ЛИСТІВ Lajos Mitró WIH6AS 3950 Sárospatak, Hunyadi utca 15.
ЗМІСТ 1. Застосовуваність і зварюваність тонких листів. 4 1.1 Вступ. 4 1.2 Розвиток матеріалознавства в автомобільній промисловості. 6 1.2.1 Основи матеріалознавства. 6 1.2.2 Сталі, що використовуються в автомобільній промисловості. 7 1.3 Використання автомобільних тонких листів. 13 1.3.1 Застосовність тонких дисків. 13 1.3.2 Технологія цинкування. 15 1.3.3 Зварюваність покритих автомобільних тонких листів. 19 2. Порівняння дугового та опорного точкового зварювання. 23 2.1 Короткий огляд зварювальних процедур. 23 2.2 Опірне зварювання. 24 2.2.1 Процедури зварювання опором. 24 2.2.2 Технологія точкового зварювання опору. 25 2.2.3 Обладнання для точкового зварювання опору. 29 2.2.4 Застосовність опорного точкового зварювання. 30 2.4 Дугове точкове зварювання. 32 2
2.4.1 Основи дугового зварювання. 32 2.4.2 Процедури, що застосовуються для дугового точкового зварювання. 33 2.5 Порівняння опору та дугового точкового зварювання. 36 3. Експеримент з точкового зварювання опору. 38 3.1 Дослідження сировини, що зварюється. 38 3.2 Спроба точкового зварювання опору. 44 4. Досліди дугового точкового зварювання. 58 4.1 Експеримент точкового зварювання дуговим зварюванням 58 4.2 Експеримент з дуговим зварюванням VFI. 64 4.3 Порівняння. 68 5. Резюме. 69 3
забруднення через зменшення ваги, з іншого боку, зменшення ваги призводить до зниження споживання, таким чином задовольняючи потреби споживачів. У той же час, зменшуючи вагу, ми стикаємось із вимогами міркувань безпеки, які вимагають ретельної проектної роботи та вибору матеріалу. У відповідь на різноманітні потреби автомобільна промисловість рухається до використання сталей, що стають все більш міцними, однак із збільшенням міцності типовість матеріалів, як правило, зменшується, тоді як формованість є ключовою проблемою у виробництві деталей кузова автомобіля. Наукові розробки сталей, які відповідають навіть суперечливим вимогам, тривають і сьогодні. На наступному малюнку показано найважливіші наукові розробки в галузі сталі, що використовуються в автомобільній промисловості за останні 35 років [Помилка! Закладка не визначена.]. Рисунок 1. Результати розробки сталі в галузі автомобільних листових матеріалів 5
1.2 Розвиток матеріалознавства в автомобільній промисловості 1.2.1 Основи матеріалознавства Результатом зусиль, спрямованих на досягнення меншої ваги без вантажу (власної ваги), є каркасна конструкція та кузов, виготовлені з тонких листів у формі пластику. Це створює суперечність, оскільки тонкі, але високорозтяжні сталеві листи обробляються для зменшення ваги, яка може бути легко зруйнована під час холодного формування. Зусилля щодо усунення цієї проблеми призвели до сталей AHSS. Рисунок 2 Зв'язок між міцністю на розрив та питомим подовженням [2] На малюнку 2 показано взаємозв'язок між міцністю на розрив та питомим подовженням сталей. Значення, утворене від добутку міцності на розрив і питомого подовження, k m = 20000. До групи вдосконалених високоміцних сталей належать сталі типу DP (двофазні), TRIP (фаза, що викликається пластичним переходом), CP (складна фаза) та MART (мартенситна високоміцна сталь) [3]. Знання структури залізо-вуглецевих тканин є важливим для розуміння теми. Праска 6
настання температури перетворення, що робить формуваність і погіршує зварюваність. Вуглець може бути присутнім лише в невеликих кількостях, 0,1-0,2%, оскільки він погіршує стійкість до крихкого руйнування, зварюваність та формуваність. Як мікросплав він може містити V, Ti, Alot, N, кількість яких не може перевищувати 0,15%. Мікросплави сприяють посиленню міцності кордонів кристалів шляхом зміцнення осадженням, зміцнення розчиненням та ефекту їх очищення зерен [7]. Рисунок 3. Структура сталевої тканини HSLA Видатні властивості сталей HSLA досягаються під час виробництва шляхом формування пластмас при оптимальній температурі з подальшим контрольованим процесом охолодження. Переробка зерна відіграє помітну роль у досягненні належних властивостей. Отже, відповідають мікросплави Nb, V, Ti та Al. Якщо сплав погано розчиняється в аустеніті, він випадає в осад на межі зерен і, таким чином, пригнічує ріст кристалітів. На розмір частинок фериту додатково впливає той факт, що вони утворюються з перекристаллизованних або безкристаллизованних частинок після формування. 9
Рисунок 8 Технологія Sendzimir Цинк, необхідний для цинкування, надходить партіями або блоками. Хімічні речовини, необхідні для маринування, надходять на завод у пластикових, скляних контейнерах або вагонах-цистернах, які зберігаються відповідно до норм. Перед цинкуванням важливо очистити поверхню від жиру, мастила та мастильних матеріалів. Зазвичай це роблять у лужних ваннах для знежирення. Завдяки меншій щільності нестійкої емульсії, насиченої розчиненими жирами та оліями, вона спливає до верху ванночки для знежирення, звідки її видаляють. Температура, склад, концентрація та час обробки ванни для знежирення визначають якість обробки. У разі неправильного знежирення забруднення, що залишаються на поверхні, не тільки погіршують якість забрудненої заготовки, але й ризикують забруднити подальшу ванну [13]. Для видалення іржі, відливної скоринки, іржі на поверхні шматки маринують у розведеній соляній кислоті з концентрацією соляної кислоти 2-16%. Під час маринування кислотність ванни знижується, що потрібно замінити. 17
його використання значно зросло за останні роки. Найчастіше використовувані листи з покриттям - це цинк або цинковий сплав. Товщина шаруватого покриття становить 15-25 мкм. Структура покриття показана на наступному малюнку [15]. Рисунок 9. Вигляд поперечного перерізу покриття, виготовленого за допомогою процесу поглинання вогню. Під час зварювання це цинкове покриття горить у більшій чи більшій площі, залежно від технології. При проектуванні зварного з'єднання слід враховувати сульфіди цинку, які можуть залишатися в зварному шві та збільшувати ризик гарячого розтріскування [16]. Температура кипіння цинку становить 906 С, тому там, де температура досягає цієї величини, цинк випаровується з поверхні пластини. У безпосередній близькості від шва цинкове покриття вигорає з поверхні шматка. Кількість парів цинку, що випаровується, залежить від товщини покриття та поданого тепла до зварного шва. Залежно від терміну служби та в'язкості рубцевої ванни, газ, що виходить зі шва, відбувається або лише частково. При цьому пари цинку залишаються в шві у вигляді газових пір, викликаючи дефекти. Причина утворення газових пір у зварному шві зазвичай пов’язана з тим, що при зниженні температури газопоглинаюча здатність металів у зварному шві зменшується, так що коли рубцева ванна кристалізується, поглинена 20
У виробництві кузова автомобіля зазвичай використовують точкові зварні з'єднання, що відповідають певним вимогам замовника, а також відповідають вимогам виробника, доступності, автоматизації та відтворюваності. Однією з основних умов відтворюваності є те, що розмір і форма електродів для точкового зварювання не змінюються, що є умовою тривалого терміну служби електродів. На відміну від листів без покриття, корозійно-стійкий шар зменшує контактний опір між елементами, що зварюються, при створенні зварного з’єднання на плямі. Крім того, покриття, як правило, мають нижчу температуру плавлення, ніж сталь, що ще більше ускладнює правильне склеювання. На діаметр плями готового з'єднання суттєво впливає час зварювання. Чим довший час зварювання, тим більше діаметр лінзи. Зі збільшенням розміру лінзи збільшується зв’язуюча здатність зв’язку. На твердість зварного з'єднання час зварювання не впливає. З іншого боку, струм, що використовується для зварювання, може показати, що у випадку джерела постійного струму твердість зв’язку нижча порівняно з джерелом змінного струму [18]. 22
Рис. 12 Точковий зварник машинного опору Рух електродів та прикладання сили стискання можливі кількома способами, є також механічні, пневматичні та гідропневматичні розчини. 2.2.4 Застосовність опорного точкового зварювання Точкові зварні з'єднання найчастіше формуються на сталевих пластинах між 1-2,5 мм. Деякі алюмінієві сплави також можуть бути зварені за цією технологією, але конструкція повинна враховувати, що алюміній має більш високу теплопровідність, тому потрібен більший струм і вимагає більш жорсткої підготовки поверхні завдяки оксидам поверхні. Точкове зварювання найчастіше зустрічається в автомобільній промисловості. Це пояснюється тим, що експлуатацію можна повністю автоматизувати за допомогою роботів, які зменшують витрати як частина виробничої лінії, що є одним з найважливіших аспектів в автомобільній промисловості. Ці роботи швидші, точніші, кращі та плавніші, ніж людська робоча сила 30