Технические новинки Vol.12

Усовершенствованные проволоки для сварочных процессов MAG и MIG: отвечая потребностям автомобилестроения в быстрой и эффективной сварке.

Во всем мире раздаются требования к автомобильной индустрии положить конец загрязнению окружающей среды и расточительному использованию природных ресурсов, поэтому в последние годы автопроизводители разрабатывают новые технологии двигателей и облегченные корпусы автомобилей, что помогает повысить эффективность топлива.

Необходимость снизить вес корпусов автомобилей привела к использованию более тонких углеродистых сталей, а также сталей с высокой разрывной прочностью (НТ) и легких материалов, таких как алюминиевые сплавы. Кроме того, разрабатываются новые сварочные материалы и процессы, соответствующие новым строительным материалам. В то же время, производители автомашин продолжают обращаться с запросами к сварочной отрасли повысить производительность и эффективность сварочных материалов, в частности, путем сведения к минимуму потребности в ремонтных работах и сокращения разбрызгивания, что позволяет снизить стоимость работ.

В данной статье речь пойдет о новейших процессах дуговой сварки и сварочных материалах для разных типов углеродистой стали и нержавеющей стали, разработанных компанией Kobe Steel для применения в области автомобилестроения.

Требования к сварочной проволоке для дуговой сварки в автомобилестроении

В автомобилестроении наиболее часто применяются два сварочных процесса - дуговая сварка и точечная контактная сварка. Среди разнообразных процессов дуговой сварки, сварка MAG (c защитным газом CO2, Ar-CO2 или Ar-O2) и сварка MIG (с Ar или Ar-O2) обычно применяются в производстве автомашин, благодаря их высокой эффективности наплавки и простой автоматизации для роботной сварки. Эти процессы дуговой сварки продолжат оставаться популярными в автомобилестроительной отрасли. На Иллюстрации 1 показано, как эти процессы применяются в автомобильных комплектующих. Оно особенно предпочитаются для частнй днища, выхлопной системы, а также для имеющих сложную форму деталей, в которых важна надежная прочность, разные конфигурации соединений и высокая допустимая величина корневого зазора.

Сварочные проволоки для дуговой сварки, применяемые в автомобилестроении, также должны обладать устойчивостью к прожогам и быть применимы для высокоскоростной сварки - эти качества важны при сварке очень тонких пластин.

Проволоки SE (ровные и экологичные) высоко зарекомендовали себя в автомобилестроении.

Проволоки SE для сварочного процесса MAG, разработанные компанией Kobe Steel, отличаются особой обработкой поверхности, заменившей медное покрытие (Cu), как показано на Иллюстрации 2. Проволока SE широко применяется автопроизводителями, так как она отвечает их потребностям.

В Таблице 1 указаны конкретные типы проволоки SE и проволоки с медным покрытием, которые применяются для сварки углеродистых сталей при производстве разных автомобильных комплектующих. В Таблице 2 приведены химические составы всех сварочных металлов, наплавляемых этими проволоками.

Таблица 1: Сварочные проволоки FAMILIARC™ для сварочного процесса MAG для углеродистых сталей в производстве автомобилей (проволоки SE обозначены черным, проволоки с медным покрытием - красным, проволоки FCW- зеленым)

Комплектующие автомашин	Тип стали (Толщина плиты, мм)	Сварочный процесс	Торговое обозначение	Диаметр проволоки (мм)
▪Станина ▪Рычаг (нижний и верхний) ▪Балка оси ▪Кожух полуоси ▪Конвертер	Пластина углеродистой стали (2.3-4.0)	MAG (CO2)	SE-50T MG-50T, MG-51T	1.2
		MAG, MAG-P*1	SE-A50 MIX-50 SE-A50S MIX-50FS SE-A50FS
▪Кожух полуоси грузовика	Пластина углеродистой стали (3.2-6.0)	MAG (CO2)	MG-50	1.2-1.6
▪Усилитель ▪Усилитель бампера	Трубка и пластина из углеродистой стали (1.4-2.3)	MAG (CO2)	SE-50T MG-50T, MG-51T	1.2
		MAG, MAG-P*1	SE-A50 MIX-50
▪Элемент подвески (поперечное ребро)	Пластина углеродистой стали (1.6-2.6)	MAG (CO2)	SE-50T MG-50T, MG-51T	1.2
		MAG, MAG-P*1	SE-A50 MIX-50
	Пластина оцинкованной стали (1.6-2.6)	MAG (CO2)	SE-50T MG-1Z MX-100Z *3	1.2
		MAG-P*1	SE-A1TS MIX-1TS, MIX-1Z
	Пластина стали, устойчивой к коррозии 1(1.6-2.6)	MAG-P*1	SE-A1TS MIX-1TS
▪Усилитель приборной панели ▪Рама сиденья	Пластина углеродистой стали (0.8-1.6)	MAG (CO2)	SE-50T MG-50T, MG-51T	0.8-1.0
		MAG	SE-A50 MIX-50
		MAG (CO2), MAG*2	MG-1SP	1.2
▪Внешняя платина корпуса ▪Усилитель стойки кузова	Пластина оцинкованной стали (0.6-1.0)	MAG*2	MIX-1T	0.6-0.9
*1: MAG-P обозначает импульсную сварку MAG. *2: Сварка MAG с источником питания с переменной полярностью. *3: MX-100Z - сварочная проволока с металлическим флюсом (FCW).

Таблица 2: Химические формулы всех сварочных металлов проволоки FAMILIARC™ (проволока SE обозначена чертным цветом, проволока с медным покрытием - красным, проволока FCW - зеленым)

Торговое обозначение	SЗащитный газ	Классификация AWS Классификация JIS*1	Химический состав (%массы)
			C	Si	Mn	P	S	Ti+Zr
SE-50T	CO2	- Z3312 YGW12	0.07	0.49	1.02	0.008	0.016	-
MG-50T			0.09	0.44	0.96	0.012	0.012	-
MG-51T		A5.18 ER70S-6 Z3312 YGW12	0.10	0.88	1.56	0.011	0.012	-
MG-50		A5.18 ER70S-G Z3312 YGW11	0.08	0.51	1.10	0.010	0.010	0.05
MIX-1T	Ar-CO2	- Z3312 G43A2M16	0.06	0.47	0.98	0.010	0.017	-
SE-A50		A5.18 ER70S-G Z3312 YGW16	0.06	0.62	1.27	0.010	0.015	-
MIX-50		A5.18 ER70S-3 Z3312 YGW16	0.10	0.55	1.11	0.012	0.011	-
SE-A50S		- Z3312 YGW15	0.08	0.35	1.06	0.009	0.011	0.02
MIX-50FS SE-A50FS		- Z3312 G49A0M0	0.04	0.70	1.20	0.010	0.060	-
MG-1Z	CO2	A5.18 ER70S-G Z3312 G49A0C12	0.10	0.49	1.19	0.009	0.009	-
MX-100Z *1		A5.20 E71T-1C Z3313 T49J0T15-1CA-U	0.10	0.40	1.55	0.025	0.012	-
SE-A1TS MIX-1TS	Ar-CO2	- Z3312 G49A2M16	0.08	0.60	1.01	0.010	0.006	-
MIX-1Z		- Z3312 G43A2M0	0.05	0.18	1.00	0.010	0.004	-
MG-1SP	CO2, Ar-CO2	- Z3312 G49A0C11	0.06	0.58	1.32	0.010	0.015	≥0.04
*1: MX-100Z - сварочная проволока с металлическим флюсом (FCW).

Проволоки SE называют "гладкими", так как они обеспечивают ровную подачу проволоки, ровное начало дуги, стабильную дугу, малое разбрызгивание и широкий спектр сварочных параметров благодаря особой обработке их поверхности, которая снимает необходимость медного покрытия. Преимущества гладкой подачи проволоки, которые дает проволока SE-A50, продемонстрированы путем сравнения ее с проволокой с медным покрытием на участке заказчика (См. Илл. 3). В частности, использование проволоки SE-A50 позволило сократить расход токоподводящих наконечников. Кроме того, как показано на Иллюстрации 4, при использовании проволоки SE-A50 наблюдалось меньше сбоев при старте дуги по сравнению с проволокой с медным покрытием, которая часто приводила к прожогам, приводящим к свариванию с токоподводящим наконечником, и, соответственно, к гораздо большему числу сбоев при начале дуги.

Что касается стабильности дуги, то и в этом отношении проволока SE-A50 предпочтительнее проволоки с медным покрытием. На Иллюстрации 5 видно с помощью высокоскоростной видеосъемки, что размер капель сварочного металла меньше и их перенос стабильнее с проволокой SE-A50. Более того, с проволокой SE может применяться более широкий спектр сварочного питания. Это объясняется тем, что сварочный ток, необходимый для перехода от капельной дуги к струйной дуге значительно ниже при использовании проволоки SE-A50S, чем проволоки с медным покрытием, как показано на Иллюстрации 6.

Проволоки SE дают меньшее разбрызгивание, как видно из сравнения проволоки SE-50T и проволоки с медным покрытием на Иллюстрации 7. С проволокой SE-50T размер частиц разбрызгивания меньше.

Проволоки SE также хорошо сопротивляются коррозии. На Иллюстрации 8 показано, что коррозионная устойчивость проволок SE равна или превосходит коррозионную устойчивость проволок с медным покрытием, после того, как на поверхность проволок был нанесен 10%-ный раствор NaCl и они находились при 30°C и 80% -ной относительной влажности в течение 2 часов.

"Экологичность" в названии этих проволок отражает тот факт, что отсутствие медного покрытия позволяет избежать выброса токсичных паров меди. Как показано на Иллюстрации 9, проволока SE дает меньше твердых отходов и выбросов углекислого газа, а также позволяет сократить потребление энергии по сравнению с проволокой с медным покрытием, что является важным фактором при анализе эксплуатационного цикла.

Выброс паров меди при использовании проволоки SE почти равен нулю, как видно на Иллюстрации 10. Она позволяет удерживать допустимую дозу медных паров на уровне 0,1 mg/m3, согласно стандартам Администрации профессиональной безопасности и охраны труда.

Разработка сварочной проволоки SE-A50FS и MIX-50FS, специально предназначенной для автомобилестроения

Самым жестким требованием автомобилестроителей к сварочным процессам является безостановочная сварка с высокой производительностью. Сварка должна вестись с высокой скоростью - на уровне 90-140 cm/min и без дефектов. Необходимо также снизить образование шлака, так как шлак приводит к отслоению краски после ее нанесения. Чтобы ответить на эти требования, была разработана проволока SE-A50FS, вместе с ней на рынок вышел родственный товар - проволока с медным покрытием MIX-50FS. Эти две проволоки называются проволоками FS. Ниже говорится о преимуществах проволок FS по сравнению с обычными сварочными проволоками.

Хорошая форма сварного валика при сварке с высокой скоростью

Проволоки FS дают хорошую форму сварного валика без горбатости и подрезов, тогда как применение обычной проволоки приводит к горбатому валику, подрезам и выпуклому валику.

Низкое образование и простое удаление шлака

При использовании проволоки FS шлак концентрируется в одном месте, следовательно, его легче удалить, тогда как при использовании обычной проволоки шлак распространяется по всей длине шва - Иллюстрация 12.

Лучше приспособлены к отклонениям отслеживания проволоки

Проволоки FS позволяют получить плоский и широкий сварной валик, что дает лучшую приспособленность к отклонениям от линии сварки - Иллюстрация 13.

Уникальные процессы сварки MAG со специальными проволоками разного назначения

MIX-1T (1,2 mmØ) с импульсной сваркой MAG (Ar-5%O2)

При сварке тонких пластин обычные процессы сварки MAG требуют применения проволоки малого диаметра - 0,9 - 1,0 mm при низкой величине сварочного тока и малой скорости. Это предотвращает прожоги за счет эффективности сварки. Новый процесс, в котором сочетается проволока MIX-1T (1,2 mmØ) с импульсной сваркой (с защитным газом Ar- 5%O2), позволяет производить сварку пластин толщиной 1,4 mm с корневым зазором в 2 mm на высокой скорости до 100 cm/min, как показано на Иллюстрации 14.

MIX-1T (0,6 mmØ) + источник питания с переменной полярностью

Источник питания с переменной полярностью, который позволяет изменять соотношение позитивной (EP) и негативной (EN) полярности электрода, дает возможность контролировать провар и скорость расплавления проволоки в каждом сварочном проходе. Очень тонкие пластины стали толщиной 0,6-0,7 mm, которые применяются для корпусов автомобилей, обычно свариваются точечной сваркой. Однако для того, чтобы соответствовать новейшим требованиям к повышенной прочности автомобильных корпусов. предпочтение отдается дуговой сварке вместо контактной точечной сварки.

На Иллюстрации 15 показаны результаты тестирования проволоки MIX-1T (0,6 mmØ) при роботной сварке коротким швом стальных пластин толщиной 0,7 mm с корневым зазором в 0,5 mm при трех разных соотношениях EP-EN. 100%-ная EP привела к прожогу; соотношение 27% EP - 73% EN дало слишком узкий валик сварного шва. Лучший результат был получен при соотношении 53% EP -47% EN, которое уже задействуется одним из крупнейших японских автопроизводителей.

SE-A1TS или MIX-1TS с импульсной сваркой MAG

При сварке деталей днища автомашин, таких как подвески, в которых для предотвращения коррозии част используется оцинкованная сталь, требуется обращать особое внимание на образование разбрызгивания и пористости, которые вызываются цинком в составе покрытия поверхности. Хотя для таких деталей все чаще применяется коррозионно-устойчивая сталь без покрытия поверхности, в ней части образуются трещины при отвердевании, что вызвано содержанием таких легирующих добавок, как медь и фосфор в стальной пластине.

Импульсная сварка MAG с проволоками SE-A1TS или MIX-1TS может решить эти проблемы. Как показано на Иллюстрации 16, импульсная сварка MAG с проволокой MIX-1TS дает лучшую форму сварного валика по сравнению со сваркой MAG (CO2) с обычной проволокой на пластинах оцинкованной стали. На Иллюстрации 17 представлен позитивный эффект проволоки MIX-1TS, применяемой с двумя видами защитного газа, на образование трещин при отвердевании в пластине коррозионно-устойчивой стали.

Сварочная проволока MAG для высокопрочных сталей

Одним их способов снизить вес корпусов автомобилей является применение более тонких листов высокопрочной стали, Применение высокопрочных сталей ограничено деталями, которые не требуют высокой усталостной прочности, таких как бампер, рама сидения, приборная панель и ударные детали. Однако в последнее время удается сократить и вес днищ благодаря применению усовершенствованных высокопрочных сталей классов 590, 780 и 980 MPa в таких деталях, как рычаги, оси, рамы и подвески.

Для того, чтобы сварочная проволока отвечала требованиям по разрывной прочности и усталостной прочности, был разработан сварочный процесс MX-MIG с использованием проволоки с металлическим флюсом TRUSTARC™ MM-1HS. Этот процесс более подробно описан на странице 8 данного выпуска.

Сварочная проволока для выхлопных систем

В выхлопных системах автомобилей листы и рубки из нержавеющей стали используются в выхлопных коллекторах, конвертерах и глушителях. Поскольку такие детали собираются с тонкими трубками и формованными прессовкой деталями стенок толщиной 0,8 - 2,0 mm, в сварных соединениях неизбежно присутствуют малые или большие корневые зазоры. Именно поэтому важно, чтобы сварочная проволока давала высокую сопротивляемость прожогам и была способна закрывать корневые зазоры. В таблице 3 показаны рекомендуемые сварочные проволоки для таких видов сварки и химические формулы соответствующих наплавленных металлов.

Сварочная проволока с металлическим флюсом MX-A430M дает отличную сопротивляемость прожогам, как показано на Иллюстрации 18, а также лучше закрывает зазор корневого шва, как показано на Иллюстрации 19.

Таблица 3: Проволоки PREMIARC™ (1,2 mmØ) для нержавеющей стали и химические формулы для всех наплавленных металлов.

Торговое*1 обозначение	MX-A430M	MG-S430M	MG- S430NbS	MG-S308
Классиф- икация AWS	-	-	-	A5.9 ER308
Подходящие марки нержавеющей стали	Ферритные			Аустенитные
	430, 409, 410L, 444			304
Сварочный процесс	Сварка MAG (80%Ar- 20%CO2)	Импульсная сварка MIG (98%Ar- 2%O2)	Импульсная сварка MIG (98%Ar- 2%O2)	Импульсная сварка MIG (98%Ar- 2%O2)
C (wt%)	0.05	0.02	0.02	0.05
Si	0.40	0.90	0.88	0.45
Mn	0.14	0.40	0.29	1.64
P	0.008	0.021	0.023	0.024
S	0.017	0.002	0.001	0.002
Cr	17.0	18.4	18.1	20.0
Ni	-	0.23	0.21	9.8
Nb	0.75	-	0.56	-
*1: MX - металлическая флюсовая проволока, MG- сплошная проволока.

Источники:
[1] Технический доклад о сварке Kobe Steel, Вып. 40 2000-4, -12
[2] Технический доклад о сварке Kobe Steel, Вып. 46 2006-11
[3] Инженерный доклад Kobe Steel, Вып. 52

Верх страницы