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.

Илл.1: применение сварочных процессов MAG и MIG для разных автокомплектующих

Илл.1: применение сварочных процессов MAG и MIG для разных автокомплектующих


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).
Figure 2: SE wire (left) and Cu-coated wire (right) differ markedly in appearance.

Иллюстрация 2: проволока SE (слева) и проволока с медным покрытием (справа) значительно отличаются своим внешним видом.

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.

Иллюстрация 3: Результаты исследования на рабочем участке расхода токоподводящих наконечников при роботной дуговой сварке - сравнительные данные для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50.

Иллюстрация 3: Результаты исследования на рабочем
участке расхода токоподводящих наконечников при
роботной дуговой сварке - сравнительные данные для
проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50.

Иллюстрация 4:  Результаты исследования на рабочем участке числа сбоев при начале дуги в процессе роботной дуговой сварки - сравнительные данные для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50

Иллюстрация 4: Результаты исследования на рабочем участке числа сбоев при начале дуги в процессе роботной дуговой сварки - сравнительные данные для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50

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.

Иллюстрация 5: Капельный перенос металла, снятый с помощью высокоскоростной камеры - сравнительные данные для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50S (1,2 mmØ, 80%Ar-20%CO2, 260Amp).

Иллюстрация 5: Капельный перенос металла, снятый с
помощью высокоскоростной камеры - сравнительные
данные для проволоки с медным покрытием и проволоки
SE-A50S (1,2 mmØ, 80%Ar-20%CO2, 260Amp).

Иллюстрация 6: Сварочный ток перехода от капельного к струйному переносу металла в зависимости от доли CO2 в смеси защитного газа Ar-CO2 - сравнительные данные для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50S (1.2 mmØ).

Иллюстрация 6: Сварочный ток перехода от капельного к струйному переносу металла в зависимости от доли CO2 в смеси защитного газа Ar-CO2 - сравнительные данные для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50S (1.2 mmØ).

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.

Иллюстрация 7: Сравнение скорости образования разбрызгивания для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-50T (1.2 mmØ, CO2, 240 Amp)

Иллюстрация 7: Сравнение скорости образования
разбрызгивания для проволоки с медным покрытием и
проволоки SE-50T (1.2 mmØ, CO2, 240 Amp)

Figure 8: SE wire exhibits excellent corrosion resistance in an accelerated corrosion test (10%NaCl solution spray, 30°C×80%RH, 2 hrs) in comparison with Cu-coated wire

Иллюстрация 8: Проволока SE отличается великолепной устойчивостью к коррозии, согласно результатам ускоренного испытания на коррозию (обрызгивание 10%-ным раствором NaCl, 30°C×80%RH, 2 часа), по сравнению с проволокой с медным покрытием

"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.

Иллюстрация 9: Оценка LCA проволоки с медным покрытием и проволоки SE

Иллюстрация 9: Оценка LCA проволоки с медным
покрытием и проволоки SE

Иллюстрация 10: Скорость эмиссии паров меди для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50S

Иллюстрация 10: Скорость эмиссии паров меди для проволоки с медным покрытием и проволоки SE-A50S


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.

Figure 11: MIX-50FS or SE-A50FS excels in bead contour over conventional wire in high speed welding on thin plate joints.

Иллюстрация 11: MIX-50FS или SE-A50FS дает отличную форму шва по сравнению с обычными проволоками при сварке с высокой скоростью соединений на тонких стальных пластинах.

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.

Иллюстрация 12: Сконцентрированный в одном месте шлак от проволоки MIX-50FS удаляется легче, чем рассеянный шлак от традиционной проволоки.

Иллюстрация 12: Сконцентрированный в одном месте
шлак от проволоки MIX-50FS удаляется легче, чем
рассеянный шлак от традиционной проволоки.

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.

Иллюстрация 13: Сравнение формы валика перекрестного шва для проволоки SE-A50FS и обычной проволоки.

Иллюстрация 13: Сравнение формы валика перекрестного шва для проволоки SE-A50FS и обычной проволоки.

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

Иллюстрация 14: Импульсная сварка MAG (Ar-5%CO2) с превосходит обычную сварку MAG по показателю допустимого корневого зазора.

Иллюстрация 14: Импульсная сварка MAG (Ar-5%CO2) с превосходит обычную сварку MAG по показателю допустимого корневого зазора.

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.

Иллюстрация 15: коэффициент  EP:EN полярности 53:47  дал лучшую форму шва при сварке коротким швом с проволокой MIX-1T диаметром 0,6 mm (толщ. Пластины: 0,7 mm; защитный газ: 80%Ar-20%CO2; параметры сварки: 60A-16V-50 cm/min)

Иллюстрация 15: коэффициент EP:EN полярности 53:47  дал лучшую форму шва при сварке коротким швом с проволокой MIX-1T диаметром 0,6 mm (толщ. Пластины: 0,7 mm; защитный газ: 80%Ar-20%CO2; параметры сварки: 60A-16V-50 cm/min)

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.

Figure 16: In galvanized plate welding, pulsed MAG with MIX-1TS results in a good bead look without spatter adhesion (right) whereas MAG (CO2) welding with conventional wire exhibits much spatter particles adhered and porosity (left).

Иллюстрация 16: При сварке оцинкованных пластин при
помощи импульсной сварки MAG с проволокой MIX-1TS
дает хороший внешний вид сварного валика без
налипания брызг (справа), тогда как сварка MAG (CO2) с
применением традиционной проволоки дает значительное
налипание брызг и пористость (слева).

Иллюстрация 17: Проволока MIX-1TS превосходит обычную проволоку по показатели устойчивости к растрескиванию при отвердевании на пластинах коррозионно-устойчивой стали.

Иллюстрация 17: Проволока MIX-1TS превосходит обычную проволоку по показатели устойчивости к растрескиванию при отвердевании на пластинах 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.
Иллюстрация 18: MX-A430M дает более широкий спектр скорости по сравнению с обычной проволокой ER4306, позволяя предотвратить прожоги.

Иллюстрация 18: MX-A430M offers a wider currentspeed range over conventional ER430 wire to prevent burnthrough.

Иллюстрация 19: MX-A430M лучше закрывает корневой зазор и дает лучшее сплавление по сравнению с обычной сплошной проволокой ER430.

Иллюстрация 19: MX-A430M лучше закрывает корневой зазор и дает лучшее сплавление по сравнению с обычной сплошной проволокой ER430.


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

ТОВАРЫ

Cварка руководство Технические новинки промышленность видео Paisaje Japonés KOBELCO ARC over the last decade (2008~)