Оценка свариваемости контактной точечной сваркой листового проката DP600
|
Введение 3
1 Особенности сварных соединений из листового оцинкованного проката DP600 6
1.1 Свойства листового стального горячеоцинкованного проката DP600 6
1.2 Дефекты неразъемных соединений при контактной точечной сварке по стандартам EN ISO 18278-2 2016 17
2 Разработка методики исследований влияния параметров режима контактной точечной сварки на механические свойства проката DP600 18
2.1 Технология к.т. сварки серии образцов по параметрам стандарта EN ISO 18278-2 2016 18
2.2 Технология контактной точечной сварки серии образцов двумя импульсами тока 25
2.3 Технология контактной точечной сварки серии образцов с применением термообрабатывающего импульса тока и изменением времени паузы 26
2.4 Методика механических испытаний сварных соединений 30
3 Разработка технологии к.т. сварки проката DP600 и сварка образцов для механических испытаний 33
3.1 Технологии контактной точечной сварки проката DP600 33
3.2 Металлографические исследования и замер твердости 43
3.3 Сравнительный анализ результатов исследования 99
Заключение 104
Список используемых источников 105
1 Особенности сварных соединений из листового оцинкованного проката DP600 6
1.1 Свойства листового стального горячеоцинкованного проката DP600 6
1.2 Дефекты неразъемных соединений при контактной точечной сварке по стандартам EN ISO 18278-2 2016 17
2 Разработка методики исследований влияния параметров режима контактной точечной сварки на механические свойства проката DP600 18
2.1 Технология к.т. сварки серии образцов по параметрам стандарта EN ISO 18278-2 2016 18
2.2 Технология контактной точечной сварки серии образцов двумя импульсами тока 25
2.3 Технология контактной точечной сварки серии образцов с применением термообрабатывающего импульса тока и изменением времени паузы 26
2.4 Методика механических испытаний сварных соединений 30
3 Разработка технологии к.т. сварки проката DP600 и сварка образцов для механических испытаний 33
3.1 Технологии контактной точечной сварки проката DP600 33
3.2 Металлографические исследования и замер твердости 43
3.3 Сравнительный анализ результатов исследования 99
Заключение 104
Список используемых источников 105
В ходе выполнения работы возникла идея реализовать оценку свариваемости с применением дополнительного, термообрабатывающего импульса и какие результаты последуют в зависимости от изменения его величины.
«Основной упор в автомобильной промышленности делается на снижение веса автомобиля, повышение безопасности и ударопрочности при низкой стоимости изготовления деталей» [15], [17], [20]. «По сравнению с традиционными низкоуглеродистыми и высокопрочными низколегированными сталями двухфазные (DP) стали обеспечивают сочетание хорошей формуемости и прочности» [3], [13]. «Двухфазные стали привлекательны для автопроизводителей, так как они могут предложить безопасность, доступность, топливную эффективность и экологичность» [24], [11], [12]. «Ван и др. исследовали поведение высокой степени деформации высокопрочных ДП сталей. Они сообщили, что для испытаний с высокой скоростью деформации, сравнимых с аварийными ситуациями, двухфазные стали разрушаются под действием пластической деформации» [27]. «Микроструктура двухфазной стали состоит из твердых мартенситных частиц, диспергированных в мягкой пластичной ферритовой матрице. Сообщается, что наиболее важным фактором, влияющим на механические свойства двухфазных сталей, является хорошо сбалансированное соотношение между объемными фракциями феррита и мартенсита» [1], [18]. «Другие факторы, влияющие на механическое поведение, включают морфологию мартенситных островков, содержание углерода в мартенсите и состояние деформации феррита, т.е. плотность дислокации» [19], [21].
«Сварка является наиболее важной техникой соединения в автомобильной промышленности, и её состояние играет заметную роль в определении конечных механических свойств соединений. Местное тепловыделение от сварочного электрода вызывает большой температурный градиент на заготовке и может разрушить микроструктуру и, следовательно, механические свойства сталей» [16]. «Это имеет место, в частности, для двухфазных сталей, которые содержат специфическую ферритно-мартенситную микроструктуру» [23], [14]. Поэтому важно характеризовать развитие микроструктуры во время сварки и ее влияние на конечные механические свойства двухфазных сталей.
«Контактная точечная сварка (КТС) является основным процессом сварки листового металла при изготовлении автомобильных узлов» [29]. «Встроенная инфраструктура делает КТС экономически-целесообразным процессом. Виды разрушения сталей при КТС - это вырыв литого ядра, частичное разрушение и межфазный разрыв, где вырыв литого ядра является предпочтительным, так как во время этого вида разрушения поглощается больше энергии» [25]. «Чжан и др. сообщили, что вид разрушения в первую очередь зависит от размера зоны сплавления, и разрушение имеет тенденцию происходить при режиме извлечения по мере увеличения размера зоны сплавления» [28]. Ма и др. [8] сообщили об образовании усадочных пустот в зоне сплавления при точечной контактной сварке DP600 стали. «Согласно им, эти пустоты образуются благодаря богатому химическому составу двухфазных сталей по сравнению с низкоуглеродистыми сталями» [8].
«Принятие двухфазных сталей в производственных средах было чрезвычайно постепенным, хотя эти стали предлагают очевидные преимущества, и демонстрируют хорошую свариваемость» [26]. [22], [10], [5], [4].«Однако на автомобильных заводских площадках и в испытательных лабораториях определение свариваемости может отличаться, равно как и испытания и критерии, используемые для отличия "хороших" сварных швов от "плохих". В простейшем из всех испытаний на контроль качества между пластинами, сваренными контактной точечной сваркой вставляют зубило и разрушают сварное соединение; на основе визуального осмотра определяют, пригодны ли сварные точки для использования в транспортных средствах или нет»[9]. «В ранних испытаниях долотом было обнаружено, что сварные точки стали DP600 уступают сварным точкам из традиционных автомобильных сталей; т.е. non-AHSS (Касательно 1) (например, безмежфазовые стали, низкоуглеродистые стали, повторно фосфоризированные стали, мягкие стали или стали HSLA). Особенно с более толстыми образцами из стали DP600 видно, что сварные точки разрушаются в той же плоскости, что и поверхности листов, вызывая так называемый "межфазный разрыв". Появление межфазных трещин сварного шва в сталях DP600 было контрастом с традиционными автомобильными сталями, где, как известно, разрушение сварной точки происходит последовательно на периферии зоны сплавления, способствуя появлению так называемой “сварочной точке.” Чтобы сварные точки были надежными в течение срока службы транспортного средства, они должны проходить испытания на отрыв литого ядра во время контроля качества. Формирование вырыва литого ядра во время контроля качества действительно указывает на то, что одна и та же сварная точка могла бы передавать большую величину разрушающего усилия, вызывая, таким образом, сильную пластическую деформацию в соседних элементах и увеличивая рассеивание энергии деформации в условиях аварии» [30].
Целью выпускной квалификационной работы является оценка свариваемости контактной точечной сваркой листового оцинкованного проката, толщиной 1,2 мм марки DP600.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
а. Изготовить образцы для металлографических исследований и механических испытаний;
б. Осуществить подбор режимов сварки;
в. Сварить образцы;
г. Выполнить механические испытания и металлографические исследования;
д. Выполнить анализ полученных результатов и дать заключение по работе.
«Основной упор в автомобильной промышленности делается на снижение веса автомобиля, повышение безопасности и ударопрочности при низкой стоимости изготовления деталей» [15], [17], [20]. «По сравнению с традиционными низкоуглеродистыми и высокопрочными низколегированными сталями двухфазные (DP) стали обеспечивают сочетание хорошей формуемости и прочности» [3], [13]. «Двухфазные стали привлекательны для автопроизводителей, так как они могут предложить безопасность, доступность, топливную эффективность и экологичность» [24], [11], [12]. «Ван и др. исследовали поведение высокой степени деформации высокопрочных ДП сталей. Они сообщили, что для испытаний с высокой скоростью деформации, сравнимых с аварийными ситуациями, двухфазные стали разрушаются под действием пластической деформации» [27]. «Микроструктура двухфазной стали состоит из твердых мартенситных частиц, диспергированных в мягкой пластичной ферритовой матрице. Сообщается, что наиболее важным фактором, влияющим на механические свойства двухфазных сталей, является хорошо сбалансированное соотношение между объемными фракциями феррита и мартенсита» [1], [18]. «Другие факторы, влияющие на механическое поведение, включают морфологию мартенситных островков, содержание углерода в мартенсите и состояние деформации феррита, т.е. плотность дислокации» [19], [21].
«Сварка является наиболее важной техникой соединения в автомобильной промышленности, и её состояние играет заметную роль в определении конечных механических свойств соединений. Местное тепловыделение от сварочного электрода вызывает большой температурный градиент на заготовке и может разрушить микроструктуру и, следовательно, механические свойства сталей» [16]. «Это имеет место, в частности, для двухфазных сталей, которые содержат специфическую ферритно-мартенситную микроструктуру» [23], [14]. Поэтому важно характеризовать развитие микроструктуры во время сварки и ее влияние на конечные механические свойства двухфазных сталей.
«Контактная точечная сварка (КТС) является основным процессом сварки листового металла при изготовлении автомобильных узлов» [29]. «Встроенная инфраструктура делает КТС экономически-целесообразным процессом. Виды разрушения сталей при КТС - это вырыв литого ядра, частичное разрушение и межфазный разрыв, где вырыв литого ядра является предпочтительным, так как во время этого вида разрушения поглощается больше энергии» [25]. «Чжан и др. сообщили, что вид разрушения в первую очередь зависит от размера зоны сплавления, и разрушение имеет тенденцию происходить при режиме извлечения по мере увеличения размера зоны сплавления» [28]. Ма и др. [8] сообщили об образовании усадочных пустот в зоне сплавления при точечной контактной сварке DP600 стали. «Согласно им, эти пустоты образуются благодаря богатому химическому составу двухфазных сталей по сравнению с низкоуглеродистыми сталями» [8].
«Принятие двухфазных сталей в производственных средах было чрезвычайно постепенным, хотя эти стали предлагают очевидные преимущества, и демонстрируют хорошую свариваемость» [26]. [22], [10], [5], [4].«Однако на автомобильных заводских площадках и в испытательных лабораториях определение свариваемости может отличаться, равно как и испытания и критерии, используемые для отличия "хороших" сварных швов от "плохих". В простейшем из всех испытаний на контроль качества между пластинами, сваренными контактной точечной сваркой вставляют зубило и разрушают сварное соединение; на основе визуального осмотра определяют, пригодны ли сварные точки для использования в транспортных средствах или нет»[9]. «В ранних испытаниях долотом было обнаружено, что сварные точки стали DP600 уступают сварным точкам из традиционных автомобильных сталей; т.е. non-AHSS (Касательно 1) (например, безмежфазовые стали, низкоуглеродистые стали, повторно фосфоризированные стали, мягкие стали или стали HSLA). Особенно с более толстыми образцами из стали DP600 видно, что сварные точки разрушаются в той же плоскости, что и поверхности листов, вызывая так называемый "межфазный разрыв". Появление межфазных трещин сварного шва в сталях DP600 было контрастом с традиционными автомобильными сталями, где, как известно, разрушение сварной точки происходит последовательно на периферии зоны сплавления, способствуя появлению так называемой “сварочной точке.” Чтобы сварные точки были надежными в течение срока службы транспортного средства, они должны проходить испытания на отрыв литого ядра во время контроля качества. Формирование вырыва литого ядра во время контроля качества действительно указывает на то, что одна и та же сварная точка могла бы передавать большую величину разрушающего усилия, вызывая, таким образом, сильную пластическую деформацию в соседних элементах и увеличивая рассеивание энергии деформации в условиях аварии» [30].
Целью выпускной квалификационной работы является оценка свариваемости контактной точечной сваркой листового оцинкованного проката, толщиной 1,2 мм марки DP600.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
а. Изготовить образцы для металлографических исследований и механических испытаний;
б. Осуществить подбор режимов сварки;
в. Сварить образцы;
г. Выполнить механические испытания и металлографические исследования;
д. Выполнить анализ полученных результатов и дать заключение по работе.
Целью исследования является расширение диапазона свариваемости листового горячеоцинкованного проката марки DP600 толщиной 1,2 мм.
В результате данной квалификационной работы исследованы свойства листового стального проката отечественного производства [32] и горячеоцинкованного проката DP600. Проведена оценка дефектов неразъемных соединений при контактной точечной сварке по стандартам EN ISO 18278-2 2016.
Проведенные работы позволили разработать методику исследований влияния параметров режима контактной точечной сварки на механические свойства листового проката DP600. Спроектировать технологический процесс к.т.с. с применением термообрабатывающего импульса тока с регулируемой длительностью паузы. Определить влияние параметров режима контактной точечной сварки на механические свойства листового проката DP600, которые автор изложил в статье [32].
Исходя из данных полученных в ходе выполнения поставленных задач диапазон свариваемости с применением дополнительного импульса тока составил (6,7 - 8,4) кА (1700 А), против 6,6 кА - 8 кА (1400 А) на стандартных режимах, изложенных в ENISO 18278-2. Появление стабильного выплеска наблюдалось на токе в 8,6 кА.
Проведенный металлографический анализ образцов на выбранных режимах показал хорошие результаты. Проведен замер твердости, который подтвердил влияние параметра режима на изменение твердости сварной точки.
Результаты механических испытания образцов сваренных с термообрабатывающим импульсом тока и заданной длительностью паузы позволяют рекомендовать разработанный технологический процесс для сварки листового горячеоцинкованного проката DP600 в соответствии с требованиями изложенными в EN ISO 18278-2.
Цель исследования считаю полностью достигнутой.
В результате данной квалификационной работы исследованы свойства листового стального проката отечественного производства [32] и горячеоцинкованного проката DP600. Проведена оценка дефектов неразъемных соединений при контактной точечной сварке по стандартам EN ISO 18278-2 2016.
Проведенные работы позволили разработать методику исследований влияния параметров режима контактной точечной сварки на механические свойства листового проката DP600. Спроектировать технологический процесс к.т.с. с применением термообрабатывающего импульса тока с регулируемой длительностью паузы. Определить влияние параметров режима контактной точечной сварки на механические свойства листового проката DP600, которые автор изложил в статье [32].
Исходя из данных полученных в ходе выполнения поставленных задач диапазон свариваемости с применением дополнительного импульса тока составил (6,7 - 8,4) кА (1700 А), против 6,6 кА - 8 кА (1400 А) на стандартных режимах, изложенных в ENISO 18278-2. Появление стабильного выплеска наблюдалось на токе в 8,6 кА.
Проведенный металлографический анализ образцов на выбранных режимах показал хорошие результаты. Проведен замер твердости, который подтвердил влияние параметра режима на изменение твердости сварной точки.
Результаты механических испытания образцов сваренных с термообрабатывающим импульсом тока и заданной длительностью паузы позволяют рекомендовать разработанный технологический процесс для сварки листового горячеоцинкованного проката DP600 в соответствии с требованиями изложенными в EN ISO 18278-2.
Цель исследования считаю полностью достигнутой.
