автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Исследование процесса и разработка технологии контактной точечной сварки оцинкованной стали

Министерство высшего и среднего специального образования РФ

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

1 • о и < 1

4 Г" '1 Г." ! ( * Г' ~

1 tЗ Ьч.^ Празах рукописи

ВАКАТОВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ОЦИНКОВАННОЙ СТАЛИ

Специальность 05.03.06 - Технология и машины сзсрочного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тольятти • 199о

Министерство высшего и среднего специального образования Р5 ТОЛЬЯТТИНШЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ВАКАТОВ АНДРЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОНТАКТНО:'! ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ОЦИНКОВАННОЙ СТАЛИ

Специальность 05.03.06 -Технология и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ циссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Гальягги-1996

Работа выполнена на кафедре "Оборудование и технология свароч^-ного производства" Тольяттинского политехнического института.

Научный руководитель- кандидат технических наук, профессор КАЗАКОВ Ю.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор БАРВИНОК В.А. кандидат технических наук, доцент ИЕВЛЕВ В.А.

Ведущее предприятие указано в решении диссертационного Совета K064.43.0I

ч!(х>

Автореферат разослан

Защита диссертации состоится 1996г.

на заседании диссертационного Совета по присуждена ученых степенен K064.43.0I при Тольяттинском политехническом институте. Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направить по адресу: 445667, г.Тольятти ГСП, ул.Белорусская 14, Тольятишский политехнический и нети тут, Ученому секретарю института.

С диссертацией мсото ознакомиться в библиотеке Тольяттинского политехнического института.

Ученые секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук доцент

КРАСНОПЕВЦЕВ А.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в мировом автомобилестроении широкое применение находят .тестовые стали с защитными цинковыми покрытиями. Однако, активное внедрение этих новых материалоз в производство сдерживается рядом трудностей и проблем, возникавших при контактной точечной сварке, которая является основным способом соединения деталей в автомобилестроении. Наиболее ванной проблемой при сварке сталей с покрытиями является низкое качество сварных соединений.

Поэтому разработка технологических процессов, обеспечивающих высокое качество сварных соединений деталей автомобилей из оцинкованных сталей , является актуальной задачей сварочного производства.

Цель работы. Целью настоящей работы являлось повыиение качества сварных соединений деталей автомобилей из тонколистовой оцинкованной стали.

Научная нов из на. На основании теоретического анализа зависимостей изменения диаметра литого ядра сварной точки от основных параметров режима сварки предложен и экспериментально подтвержден механизм формирования сзарных соединений при контактной точечной оварке оцинкованной стали.

Экспериментально установлено, что свариваемость конкретного материала с покрытием можно определять путем построения областей свариваемости в границах "непровар-выплеск" в координатах "сварочный ток-время сварки" при различных значениях сзарочного усилия.

Установлено, что переход в область мягких режимов сварки способствует росту диаметра литого ядра сварной точки, повышает коэффициент выплеска, однако приводит к сшшзгога стойкости электродов при сварке, и наоборот, переход на кесткие режимы сварки ношлпает стойкость электродов при сварке, но при этом снижается качество сварных соединений.

Разработан новый способ контактной точечной сварки оцинкованной стали, позволяющий за счет рационального построения термодеформацпошюго цикла сварки повысить качество сварных соединений.

Построена математическая модель технологического процесса контактной точечной сварки оцинкованной стали и предложен способ контроля качества сварных соединений по математической модели процесса сварки.

Практическая ценность.Определены ренты контактной точечной сварки оцинкованной стали, обеспечивающие стабильное качества сварных соединений.

Предложена номограмма свариваемости оцинкованной стали , позволяющая по задаваемым параметрам режима контактной точечной сворки определять геометрические размеры диаметра литого ядра сварной точки,и наоборот, по задаваемому диаметру ядра сварной точки находить параметры режима сварки.

Разработан и внедрен на ВАЗе технологический процесс контактной точечной сварки оцинкованной стали, обеспечивающий высокое качество свар ных соединений деталей автомобилей.

Апробация работы.Основное содержание работы доложено на:

1.17 научно-практической конференции молодых специлистов ВАЗа.

Тольятти 1991 г.

2.Межотраслевой научно-технической конференции "Высокоэффективные технологические процессы и оборудование для сварки, пайки и напыления". Москва 1992 г.

3.Научно-технической конференции "Сварка-95" . Пермь 1995г.

Публикации.По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ и получ!

но 2 патента Р5 на изобретения.

Объем и структура диссертации.Работа состоит из введения ,пяти глав выводов по работе .списка использованной литературы и приложения.Содержи1 98 страниц машинописного текста, включает 7 таблиц,иллюстрирована 42

рисунками.Список литературы содержит 95 наименований.

1

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ.

В первой главе приводится классификация защитных покрытий листовых сталей , используемых в современном автомобилестроении.Каждый производитель автомобилей подходит к выбору материала с тем, или иным видом покрытия индивидуально, с учетом сложившейся технологии, требований к коррозионным свойствам и т.д.Поэтому ваяной задачей является правильны: выбор материала для условий массового производства автомобилей.А так к; вопрос о влиянии различных покрытий на свариваемость листовых сталей исследован недостаточно полно, необходимо исследовать свариваемость ст; лей с различныш защитными покрытиями.

К настоящему времени работами многочисленных зарубежных исследовав лей /Лейн,Портер,Гидеон,Роач,Пожен,Ыакото,Майрхофер и др./,а также отечественных/ Чакалев А.А.,Гуляев А.И.,Дыхно С.Л. / установлено, что основными недостатками процесса контактной точечной сварки оцинкованны: сталей являются:

1. Низкая "устойчивость" процесса сварки и склонность к непроварам и выплескам.

2. Низкая стойкость электродов при сварке.

3. Низкая стабильность процесса сварки, вследствии колебания толщины цинкового покрытия.

4. Трудности связанные с контролем качества сварки.

Перечисленные недостатки резко снижают качество сварных соединений

при сварке оцинкованных сталей.Поэтому большое внимание исследователей уделяется вопросам разработки технологических процессов, обеспечивании: высокое качество сварных соединений деталей из оцинкованных сталей.

В то же время информация по режимам контакгной точечной сварки оцинкованных сталей носит противоречивый характер .Для обеспечения удовлетворительного качества сварных соединений большинство авторов говорит о необходимости увеличения силы сварочного тока при сварке.

Однако единого мнения на этот счет нет. Так,некоторые авторы для точечной сварки оцинкованных сталей рекомендуют силу сварочного тока увеличивать на 20-40%,другие предлагают силу тока увеличивать на 30-50$.Ещё более противоречивый характер носит информация по другим параметрам рекима сварки.Сдабо исследован вопрос о влиянии основных параметров рекима сварки на качество сварных соединений и стойкость электродов при сварке.Всё это говорит о том, что процесс контактной точечной сварки оцинкованных сталей нельзя считать до конца изученным и необходимо продолжить исследование этого процесса.

Как известно,необходимым и достаточным условием образования работоспособных соединений при контактной точечной сварке является обеспечение заданных размеров ядра сварной точки и в первую очередь.его диаметра/Орлов Б.Д./.Однако при сварке сталей с защитными покрытиями необходимо учитывать и такие требования как:надежная зашита от коррозии на поверхности сварной точки и внутри нахлестки,а так ке сведение к минимуму количества металла покрытия, попадающего в ядро из основного металла, для исключения резкого изменения его состава и свойств сварных соединений /Чакалев A.A./.

Выполнение этих условий и гарантирует получение сварного соединения с заданными эксплуатавдоиными свойствами за счет рационального построения термо-деформационного цикла сварки.

На основании проведенного анализа были поставлены следующие задачи исследования:

1. Исследовать свариваемость сталей с различными защитными покрытиями.

2. Исследовать процесс контактной точечной сварки оцинкованной стали.

3. Разработать и внедрить технологию контактной точечной сварки тонколистовой оцинкованной стали.

Во второй главе приводятся сведения об экспериментальной установке и методике исследования.Сварку образцов проводили на машине контактной точечной сварки МТ-1607.Величина сжимакщего усилия на электродах задавалась при помощи редуктора по манометру, отградуированному с помощью динамометра через каждые 0,5атм.Сварочный ток и время протекания тока контролировали при помощи прибора PKC-02-0I.Прибор позволяет измерять амплитудное значение сварочного тока в килоамперах и время сварки в периодах,снабжен цифровой индикацией.Для управления сварочным циклом использовали регулятор цикла сварки PMG-23

Материалом электродов служил сплав БрХЦр-04-007.Электроды имели плоскую рабочую поверхность -5,5мм.В работе использовался макро- и мик-ростружтурный анализ сварных соединений .микрорентгеноспектральный аннли: литого ядра сварной точки и контактной поверхности электродов.

В качестве программного обеспечения для обработки экспериментальных данных использовали систему ГИД.В работе использовались методы математического моделирования процесса контактной точечной сварки на основе методов математического планирования экспериментов.

Лт исследования свариваемости сталей с различными защитными покрытиями использовались материалы ведущих зарубежных фирм-производителей автолиста, а так ке отечественные аналоги этих материалов.

Исследование свариваемости сталей с различными защитными цинковыми покрытиями проводили на основе критериального подхода , который активно разрабатызается в последние годы группой авторов /В.В.Редчид..В.А.Фролов А.А.Чакалев./Использование критериального подхода к оценке свариваемости металлов способствует разработке технологий более высокого уровня, обеспечивающих необходимые требования к качеству сварных соединений.

Учитывая специфику свариваемости оцинкованных

сталей, свариваемость исследуемых оцинкованных сталей оценивали по двум критериям:

1. Показателю силы сварочного тока , который необходим для обеспечения литого ядра сварной точки заданных размеров.

2.Стойкости электродов при сварке.которая выражалась количеством качественно выполненных сварных точек.

Для исключения влияния как мокно большего количества факторов , действующих при контактной точечной сварке, устанавливали постоянные значения сварочного усилияРс»г2,5кН. и времени сварки ^(уЮпериодовСО.Йсек.) Значением тока сварки варьировали добиваясь получения литого ядра сварно точки равным 4мм.После этого фиксировали по прибору PKC-02-0I значение сварочного тока , соответствующее этому диаметру.Попутно прЙилась оценка стойкости электродов , согласно приведенной методике.

Анализ результатов проведенных исследований по влиянию различных покрытий листовых сталей на их свариваемость показал, что свариваемость зависит от наличия покрытия на поверхности листа и определяется такими параметрам! покрытия как толщина и состав .Наличие покрытия на поверхности листа вызывает необходимость увеличения силы сварочного тока для получения ядра сварной точки заданных размеров по сравнению со сваркой обычной стали без покрытия,а так же приводит к снижению стойкости электродов при сварке.

В результате проведенных исследований были построены ранжированные ряды свариваемости сталей с различными защитными покрытиями по выбраь-нным критериям.Это позволяет проводить оптимизацию технологии сварки оцинкованных сталей .путем выбора толщины и состава защитного цинкового покрытия.Кроме этого прозодилась экспертная оценка по 10-ти балльной

шкале других технологических свойств:штампуемости, окрашиваемости,коррозионной стойкости.

На основе результатов проведенных исследований был выбран материал наиболее целесообразный для применения в условиях массового производства ажгомобилей ВАЗ.Это отечественная сталь 08Ю толщиной 0,8мм с двухсторонним горячеоцинкованным покрытием 12мкм.Дальнейшие исследования процесса и разработка технологии велись применительно к этому материалу.

Третья глава посвящена исследованию процесса контактной точечной сварки оцинкованной стали.На процесс контактной точечной сварки оказывает влияние большое количество факторовгразмеры и форма электродов, форма импульса сварочного тока,толщина и состав покрытия и т.д.Однако в первую очередь характер кагреза зоны сварки и образования сварного ядра определяется основныш параметрами реянма сварки:силой сварочного тока, временем сварки и сварочным усилием на электродах.Поэтому изучая зависимость изменения диаметра литого ядра сварной точки от параметров решка можно определить их влияние на процесс формирования сварной точки и на качество сварных соединений.Это позволит предложить методику выбора наиболее целесообразны^значений основных параметров рекима сварки.

Так как аналитическое описание процесса контактной точечной сварки связывающее диаметр литого ядра сварной точки,являющийся основным критерием качества,и основные параметры рекима сварки отсутствует, в силу многофакторности процесса сварки и недостаточной изученности процесса, то завииимости мекду диаметром ядра сварной точки и основными параметрам! режима сварки находили эмпирически.

Для этого воспользовались методом перебора,при котором поочередно исследуется влияние одного из факторов (х) на выходной параметр(у), при постоянных значениях остальных факторов.В результате подобных исследований получают однофакторше зависимости в виде: у=^ (х,) при хг.,х3 - со*^ у=( (хг) при х1,хг-■ (1) у=4(х3) при х^х^сомй-Ь, По этой методике и проводились исследования. Сварязались образцы из оцинкованной стали и образцы из стали без покрытия.Вначале определялось влияние на диаметр ядра времени сварки и сварочного усилия.С ростом времени сварки диаметр ядра сварной точки оцинкованной стали и стали без покрытия линейно увеличивается , диаметр ядра оцинкованной стали на 20? меньше,чем на стали без покрытия.С ростом сварочного усилия диаметр ядра сварной точки оцинкованной стали и стали без покрытия линейно уменьшается,диаметр ядра оцинкованной стали на 20% меньше, чем на стали без покрытия.Таким образом, характер влияния времени сварки и сварочного усилия на диаметр литого ядра сварной точки оцинкованной стали и стали без покрытия одинаков.Наличие цинкового покрытия при постоянстве одного из этих параметров и силы сварочного тока уменьшает диаметр ядра

сварной точки на 20%.Более существенно диаметр литого ядра сварной точки зависит от силы сварочного тока.Анализ зависимостей изменения диаметра ядра сварной точки оцинкованной стали и стали без покрытия показал, что по мере роста диаметра разница мекду силой сварочного тока, необходимой для получения одинакового ядра сварной точки при сварке по цинковому покрытию и без него линейно уменьшается.Отсюда можно сделать вывод,что по мере увеличения силы сварочного тока влияние цинкового покрытия на формирование литого ядра сварной точки уменьшается,Это явление можно объяснить сделав предположение о том, что цинк в процессе сварки удаляется из контактов пропорционально величине сварочного тока и при некотором критическом значении тока цинк в контактах монет полностью отсутствовать.В результате его влияние на формирование ядра сварной точки прекращается.

Для подтверждения этого предположения проверялось наличие цинка в контактах электрод-деталь и деталь-деталь с помощью индикации раствором сернокислой меди.Оказалось , что цинковое покрытие еще до образования сваркой точки выдавливается из контактов деталь-деталь, а затем из контактов электрод-деталь.На поверхности контактов наблюдался четко выраженный налет меди красного цвета, который свидетельствует об отсутствии цинка на поверхности контактав.Подтверждение этого факта получено путем металлографического анализа сварных точек.

Исследование макро- и микроструктуры сварных точек при сварке оцинкованной стали на различных решшах показали , что в литом ядре отсутствуют поры .раковины , трещины и другие дефекты вварки.Нокрытие меяцу листами п контакте деталь-деталь вынимается в зазор, образуя литой слой цинка вокруг сварной точки,покрытие в контакте электрод-деталь выдавливается на перефмрию сварной точки.Микрорентгеноспектральный анализ литого ядра сварной точки, выполненный на установке "КОМЕБАКС",также подтвердил отсутствие цинка в литом ядре сварной точки.

Механические испытания сварных соединений оцинкованной стали и стали без покрытия показали, что прочность сварных точечных соединений этих сталей одинакова.Это ещё раз подтверждает факт выдавливания цинкового покрытия из зоны контактов и отсутствие цинка в литом ядре сварной точки.

На основа;*- :■■ -еретического анализа зависимостей изменения диаметра литого ядра сварной точки от основных параметров режима сварки предложен и экспериментально подтвержден механизм процесса формирования сварных соединений при контактной точечной сварке оцинкованной стали,согласно которому цинковое покрытие под действием сварочного усилия выдавливается из контактов электрод-деталь и деталь-деталь в начале процесса сварки пропорционально величине сварочного тока.При некотором критическом значении сварочного тока влияние цинка на формирование ядра сварной точки может быть прекращено.

В четвертой главе приведены результаты разработки технологии коктакт-

ной точечной сварки исследуемой оцинкованной стали. Полученные в результате исследования процесса контактной точечной сварки зависимости изменения диаметра литого ядра сварной точки от основных параметров режима сварки позволили подойти к определению ренимов сварки. Для этого использовали "динамический подход", который представляет собой метод экспериментального определения режимов сварки , путем нахождения областей свариваемости в границах "непровар- выплеск" в координатах "ток сварки- время сварки". В результате подобных исследований была построена область свариваемости исследуемой оцинкованной стали(рисЛ). Это позволило определить "устойчивость" процесса сварки, которую можно определить через ширину интервала возможного изменения тока от непровара до выплеска д1= Хпа*-1шг1 а также определить наиболее целесообразные значения параметров рению сварки . Параметры режима сварки, обеспечивающие стабильное качество сварных соединений должны находиться в области, ограниченной "устойчивостью" процесса сварки. Правомерность такого подхода к выбору параметров режима подтверждается результатам проверки стабильности процесса сварки, которую оценивали по результатам механических испытаний образцов. Оказалось, что в этом случае коэффициент стабильности к=0,2 , тогда как стабильность процесса считается приемлемой при к =0,3-0,55 .

Чтобы проверить влияние сварочного усилия на положение облаете!: свариваемости , строили области свариваемости при различных значениях сварочного усилия. Оказалось, что снижение сварочного усилия смещает область свариваемости в сторону меньших токов, а повышение сварочного усилил, наоборот, в сторону больших токов.

На основании теоретического анализа экспериментально определенных областей свариваемости была предложена номограмма свариваемости исследуемой оцинкованной стали (рис.2). Данная номограмма позволяет по задаваемым параметрам режима контактной точечной сварки определить диаметр литого ядра сварной точки, являющийся основным критерием качества, и наоборот, по диаметру литого ядра находить параметры режима сварки.

Основой номограммы является конфигурация области свариваемости, которая тлеет форму неправильного четырехугольника. На малой стороне этого четырехугольника нанесена шкала времени сварки в пределах от 5 до 20 периодов. Эта сторона устанавливается на поле номограммы так, чтобы она совпадала с линией координатной сетии номограммы, параллельной оси абсцисс и соответствующей минимальному диаметру ядра - 3 мм. Тогда вершина А области свариваемости покажет на шкале сварочного усилия, в верхней части номограммы, величину этого усилия, которая соответствует данному положению области свариваемости на номограмме. Выбрав величину усилия, необходимо выбрать требуемую величину диаметра ядра сварной точки, и определить в пределах области свариваемости величину времени сварки по шкале на нижней границе области свариваемости и силу сварочного тока на оси абсцисс номограммы.

Экспериментальная проверка этой номограммы показала хорошую сходимость результатов, заданных при выборе параметров режима по номогрнмме и полученных при сварке образцов на этих режимах.

Часть цинкового покрытия в контакте электрод-деталь в процессе сварки налипает на контактную поверхность электродов, что приводит к снижении стойкости илектродов и ухудшению качества сварных соединений в процессе постановки йольшого количества точек.

Для изучения влияния цинкового покрытия на снижение стойкости электродов в процессе сварки исследовали кинетику изменения контактной поверхности электродов .Микроструктурный анализ контактной поверхности электродов показал , что^Процессе сварки происходит диффузия цинкового покрытия з материал электрода и растворение цинка в матрице меди, образуя сплав латуни.Затем образуется сплав чистого цинка, при этом происходит увеличение толщины цинковой прослойки до 80-100 мкм.Одновременно с этим про исходит увеличение диаметра контактной поверхности электродов и снижение твердости электродов.Таким образом, при сварке оцинкованной стали проявляются два вида износа электродов:деформация рабочей поверхности электродов, увеличение площади контактов электрод-деталь и изменение химического состава рабочей части электродов,сникекие твердости контактной поверхности электродов.Все эти факторы резко сникают стойкость электродов при сварке.

Значительный интерес представляет изучение влияния параметров режима сварки на стойкость электродов.Для оценки стойкости электродов по номограмме свариваемости выбирались сочетания параметров режима сварки, которые охватывали предельно возможные мягкие и жесткие режимы сварки.Стойкость электродов оценивали по изменения диаметра ядра сварной точки в процессе сварки.Анализ результатов оценки стойкости электродов при сварке подтвердил предполонение о влиянии параметров режима сварки на стойкость электродов.Сварка на мягких реглпаах сварки резко сникает стойкость электродов, Наоборот, переход на жесткие рекимы сварки повышает стойкость электродов.Результаты определения реяимов сварки и оценки стойкости электродов определили технологический процесс контактной точечной сварки -гаследуомой оцинкованной стали,обеспечивающий стабильное качество сварных соединений деталей кузова автомобилей.Были разработаны руководящие материалы по контактной точечной сварке оцинкованной стали для конструкторов 'л технологов , позволяющие использовать результаты работы в условиях с^арочвых цехов автозаводов.

Однако, детальный анализ разработанной технологии и предложенный механизм процесса формирования сварных соединений позволяет сделать вывод, что эту технологию мохно усовершенствовать,за счет более рационального построения термодеформационного цикла сварки.

Из построенной номограммы свариваемости видно,что переход на

мягкие режимы сварки способствует росту диаметра литого ядра сварной точки и повышает коэффициент выплеска.Коэффициент выплеска рассчитывается как отношение критического диаметра к минимально допускаемому.Так при 20ти периодах К=2.Однако переход на мягкие режимы сникает стойкость электродов при сварке.В данном случае она составляет 700 точек сварки.

Переход на жесткие режимы повышает стойкость электродов при сварке.Так при 5ти периодах стойкость составляет 1200 точек.Однако, в этом слуцае снижается качество сварных соединений, коэффициент выплеска составляет К=1,3.Таким образом , налицо явное противоречие.Режим сварки долкен быть мягким для повышения качества сварных соединений , и режим сварки должен быть жестким для повышения стойкости электродов .Разрешить это противоречие удалось при помощи способа сварки с использованием 2х-импульсного режима (рис.3).

По данному способу сварки процесс про-.^дится з две стадии.На первой стадии подают импульс сварочного тока при котором сварная точка не образуется, однако происходит выдавливание покрытия нз зоны контактов.Па второй стации подают импульс сварочного тока с образованием ■качественной сварной точки.Реализация данного способа в лабораторных условиях показала , что при этом повышается качество сварных соединений , коэффициент выплеска,стабильность процесса сварки и стойкость электродов при сварке.

Предложенный способ контактной точечной сварки оцинкованной стали позволяет повысить качество сварных соединений по сравнению с традици-ционным способом за счет более рационального построения термодеформационного цикла сварки.

Практически нерешенной проблемой при сварке сталей с покрытиями остается контроль качества сварки.Определенные успехи в этом направлении могут быть достигнуты при помощи многофакторного контроля хсачеотва сварки.

С этой целью была построена математическая модель технологического процесса контактной точечной сварки оцинкованной стали.Математическую модель технологического процесса контактной точечной сварки можно представить в виде следующей схемы (рис.4).Тогда уравнение связи между выходными и входными параметрами процесса имеет вид:

Для реализации этой модели необходимо поставить полный факторный эксперимент типа 23.План типа 23 позволяет получить раздельные оценки для коэффициентов уравнения регрессии вида:

у = Бс,* 61*2.+ Е>3х.3 + Хч*

Расчет коэффициентов уравнения регрессии проводился на персональном компьютере с использованием программы планирования и обработки результатов многофакторного эксперимента написанной на языке

В результате была построена математическая модели технологического процесса контактной точечной сварки исследуемой оцинкованной стали и предложен способ контроля качества контактной точечной сварки по математической модели.

Способ заключается в том, что измеряют текущие значения параметров рекима контактной точечной сварки и по математической модели технологического процесса вычисляют диаметр литого ядра сварной точки, являющийся основным критерием качества при контактной точечной сварке.

Пятая глава посвящена внедрению результатов исследований в производство

Разработанная технология контактной точечной сварки оцинкованной стали внедрена на автоматических линиях сварки кузова автомобилей ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109.Проведены многочисленные производственные испытания опытно-промышленных партий деталей из оцинкованных сталей.Для проверки качества сварных соединений проводили стендовые испытания кузова автомобиля ВАЗ-21093.Стендовым испытаниям на статическую жесткость и усталостную прочность подвергался кузов автомобиля с деталями из оцинкованной стали.

Долговечность кузов соответствует нормативным значениям,что говорит о хорошем качестве с^ных соединений.

В результате проведенных исследований процесса контактной точечной сворки оцинкованной стали было установлено , что покрытие из зоны контактов электрод-деталь и деталь-деталь выдавливается з процессе сварки.

В то не время при формулировке требований к качеству сварных соединений отмечалось, что одним из необходимых условий является обеспечение надежной защиты от коррозии на поверхности сварной точки и внутри нахлестки.

С этой целью проводились коррозионные испытания образцов, имитирующих сзарные соединения деталей кузова автомобиля.Модели образцов окрашивались по действующей технологии и затем подвергались циклическим коррозионным испытаниям.Результаты испытаний показали, что при этом обеспечивается надежная защита от коррозии на поверхности сварной точки и внутри нахлестки, а также всего сварного образца.

Результаты коррозионных испытаний показали, что наряду с высоким качеством сварных соединений обеспечивается и надлежащая защита от коррозии сварных точек.

основши ВЫВОДЫ.

1.Наличие антикоррозионного защитного цшисового покрытия на поверхности листовой стали ухудшает технологическую свариваемость контактной точечной сваркой, что выражается в необходимости увеличения силы сварочного тока для обеспечения литого ядра сварной точки заданных размеров к снижении стойкости электродов при сварке.Сила тока возрастаем

а стойкость эяектрэдов при сварке снаяается пропорцвонэлыю увеличении толщины цинкового покрытия.

2.До совокупности технологических сзоёстз для .условий ВЛЗэ наиболее целесообразной следует считать сталь П8Ю с дзухсторопким горячеощш-кованным покрытием толщиной 12мкм.3та сталь имеет хорошую коррозионную стойкость и штаыпуемость , удовлетворительную осаркваегтость и окрашп-ваемость.

3.Характер влияния времени сварки и сварочного ушжш из диаметр литого ядра сварной точки при сварке сталей с цвакэвшл иокрптисм и без покрытия одинаков.Наличие цинкового покрытия прп постоянстве одного из этих параметров и неизменной силы сварочного тока уменьшает диаметр ядра сзараой точки ка 20 %. Увеличение силн сварочного тока уменьшает влияние цинкового покрытия па формирование литого :щра сворной точки..

4.Предложен и экспериментально подтвержден механизм процесса уорг.с-ровэния сварного соелпненпа при контактной точечно:'! слгрке оцшкозшшол стали, согласно которопу цинк под действие:: сварочного усилия вшхавли-вается из контактов электрод-деталь и деталь-деталь в начало процесса сварки пропорционально величине сварочного тока. При некоторой критическом значении тока влияние цинка на Формирование ядра свзркоД гочкн может быть прекращено.

5.С использованием "динамического подходз*определены ре;гпш сварки оцинкованной стали , обеспечивающие стабильное качество ссрипых соединений, отсутствие цинка в составе металла литого ядра, образование вокруг ядра сварной точки уплотняющего пояска цинка и прочность сварных соединений такую яе, как и прп сварке нсоцпнкозвшюй стали.

6.На основе анализа экспериментально определенных областей свариваемости предложена номограмма свариваемости оцкнковашюй стали, позволяющая по задаваемым параметра!.! режима сварки рассчитывать диаметр литого ядра сварной точки и , наоборот , по задаваемому диаметру ядра сварной точки определять необходимые параметры рекпма сварки.

7.Снижение стойкости электродов прп сварке оцинкованной стали происходит в результате массоттереноса цинка в контакте электрод-деталь с последующей диффузией его в материал электрода.Это понижает твердость контактной поверхности и ускоряет её деформацию. Увеличить стойкость электродов можно путем применения несткнх режимов сварки.

8.На основе результатов исследований разработаны руководящие материаль для конструкторов и технологов по контактной точечной сварке оцинкованной стали,позволяющие использовать результаты работы в условиях сварочных цехов автозаводов.

9.Предложен новый способ контактной точечной сварки оцинкованной стали , включающий две стадии.На первой стадии процесса сварки подают импульс сварочного тока при котором происходит выдавливание покрытия из зоны контактов.Вторая стадия процесса происходит с образованием сварной точки.Способ повышает качество сварных соединений,стабильность процесса сварки и стойкость электродов при сварке за счет более рационального построения термодеформационного цикла сварки.

10.Построена математическая модель процесса контактной точечной сварки оцинкованной стали и предложен способ контроля качества сварных соединений по математической модели прцесса.

11.Разработанный технологический процесс контактной точечной сварки оцинкованной стали прошел промышленную проверку и внедрен в производство на ЗАЗе.Испытания деталей на усталостную прочность и коррозионные испыта! показали , что сварные соединения обладают хорошим качеством.

По теме диссертация опубликованы следующие работы:

1. Вакатов A.B. Оценка свариваемости и стойкости электродов при контактной точечной сварке оцинкованных сталей. Информационный листок JS- 274-92. Самарский ЦНТИ 1992.

2. Вакатов A.B.,Чернышев А.Н. Контактная точечная сварка сталей с антикоррозионными покрытиями в автомобильной промышленности."Высокоэффективные технологические процессы и оборудование для сварки , пайки и напиления".Москва 1992. Тезисы докладов.

3. Вакатоз.А.В. Контактная точечная сварка оцинкованной стали. "Автомобильная промышленность" №4 1995.

4. Вакатов A.B. Стойкость электродов при контактной точечной сварке автолистозых сталей с предварительным антикоррозионным покрытием. Информационный листок № 324-92. Самарский ЦНТИ 1992.

5 Вакатов A.B. Определение режимов контактной точечной сварки оцинкованной стали."Сварка-95"рПермь 1995.Тезисы докладов.

6.Вакатов A.B..Чернышев А.Н. Моделирование технологического процесса контактной точечной сварки оцинкованной стали методами планирования . "Сварка-95". Пермь 1995.Тезисы докладов.

7.Вакатов A.B. Точечная сварка сталей с антикоррозионным покрытием. "Автомобильная промышленность" й5 1996.

8.Патент FS по заявке 92-011696.Способ контактной точечной сварки Вакатов А.В.,Данилов Ю.С.

9.Патент РФ по заявке 94-023274.Способ контроля качества контактной точечной сварки. Вакатов A.B.

Рев.-2,5 кН

Рис.1 Области свариваемости з границах "непровар-выплеск" для оцинкованной стали (I) и стали без покрытия (3)

оцинкованной стали

Ъъ.

(выдавливание покрытия) (образование сварной точки) Рис.3 Способ контактной точечкой сварки с использованием

2х-;шпульсного ренима. (циклограмма процесса)

X»

Рис.4 Математическая модель технологического процесса контактной точечной сварки.

XI-сварочный ток (кА) Хг-вреш сварки (пер.) Хз-сварочное усилие (кН)

У -усилие среза сварного точечного соединения (кГ)