Технические новинки Vol.26

Vol.26: Сварочные материалы Серии 1Z для оцинкованной листовой стали

1.Предисловие

Благодаря великолепной сопротивляемости коррозии и экономической эффективности, в настоящее время оцинкованная листовая сталь широко используется в разных отраслях, в частности, в автомобилестроении, производстве строительных материалов, электроприборов, водопроводных труб и опор солнечных батарей, что способствует повышению качества и продлению срока службы стальных конструкций и товаров, в которых она применяется.

Однако оцинкованные листовые стали известны своей плохой свариваемостью, так как при их сваривании образуется разбрызгивание и пары, а также возникают дефекты пористости.

Сварочные материалы Серии 1Z для оцинкованной листовой стали были разработаны для повышения сварочных качеств и сопротивления пористости при сварке. В этой статье идет речь о разных видах оцинкованной листовой стали и сварочных материалах Серии 1Z.

2.Свойства разных видов оцинкованной листовой стали

На рынке представлен широкий ассортимент оцинкованной листовой стали. В Таблице 1 приведены примеры типичных листовых сталей и формула их защитных покрытий.

Таблица 1: Типичные оцинкованные листовые стали

Виды оцинкованных листовых сталей		Химический состав защитной органической пленки листовой стали	Масса цинкового покрытия (g/m2)
Листовая сталь горячего цинкования	Листовая сталь горячего цинкования		60-1000
	Отожженная листовая сталь горячего цинкования		30-120
	Листы стали горячего цинкования с покрытием из сплава Zn-5% Al		60-250
	Листы стали горячего цинкования с покрытием из сплава Zn-55% Al		60-200
	Листы стали горячего цинкования с покрытием из сплава Zn-Al-Mg		60-450
	Отожженная листовая сталь горячего цинкования c двойным покрытием		3-6/20-60
Листовая сталь с гальваническим цинкованием	Листовая сталь с электролитическим цинкованием		3-50
	Листовая сталь с электролитическим цинкованием сплавами Zn-Ni, Fe, или Co		10-40
Листовая сталь с полимерным покрытием	Листовая сталь горячего цинкования с покрытием из органической смолы		25-200μm/60-300
	Листовая сталь с гальваническим цинкованием с покрытием из органической пленки		1μm/20-30

2-1. Листовая сталь горячего цинкования

Эта листовая сталь производится самым распространенным методом, при котором листы стали погружаются для гальванизирования в высокотемпературную ванну из чистого расплавленного цинка. Похожий метод горячего цинкования предусматривает покрытие стальных листов расплавленной смесью из цинка и 8-10% железного сплава. Листовая сталь горячего цинкования - так называемая сталь GA - основной материал, применяемый в автомобилестроении.

2-2. Листовая сталь с электролитическим цинкованием

Листовая сталь с электролитическим цинкованием покрывается слоем цинка путем погружения в гальваническую ванну из расплавленного цинка. Такие стали отличаются тонким и ровным защитным слоем и применяются главным образом в производстве электроприборов.

2-3. Листы стали с электролитическим цинкованием покрываются защитным слоем из органического материала.

Это оцинкованные листовые стали, на которые поверх защитного цинкового покрытия наносится дополнительный защитный слой органической смолы. Это повышает сопротивляемость коррозии и улучшает внешний вид стали.

3. Дефекты пористости на оцинкованной листовой стали

Самая большая проблема при сварке оцинкованных листов стали - образование дефектов пористости, таких как поры, полости и сварочные брызги. Свариваемость оцинкованных листов стали значительно варьируется в зависимости от веса цинкового покрытия на единицу площади (далее именуется массой цинкового покрытия). При более высокой массе цинкового покрытия растет вероятность образования дефектов пористости и/или брызг. На Иллюстрации 1 схематически изображен механизм образования пористости в угловом шве нахлесточного соединения оцинкованной листовой стали.

При нагревании сварочной дугой и пиролитическом разложении цинка (Zn), точка кипения которого - около 900°C, происходит его испарение и образование большого объема газа. Пористость образуется из газообразного цинка, который остается в сварочной ванне. Пористость приводит к плохому внешнему виду сварного шва, низкой прочности на растяжение, вызываемой дефектами в поперечном сечении, а также низкой производительности в связи с необходимостью коррекции - все это приводит к проблемам в области качества и себестоимости.

Более того, газообразный цинк препятствует стабильному мелкокапельному переносу. Газ, выбрасываемый под сварочной дугой, искривляет ее, в результате чего капли металла увеличиваются в размере и не могут гладко переноситься в сварочную ванну. Вместо этого они закорачиваются сварочной ванной, что приводит к большому разбрызгиванию.

4.Сварочные материалы для оцинкованной листовой стали

Масса цинкового покрытия имеет огромное значение при сварке оцинкованных листовых сталей, поэтому выбор подходящих методов сварки и сварочных материалов очень важен. В Таблице 2 показаны новые сварочные материалы Серии 1Z для оцинкованной листовой стали, а в Таблице 3 - химические формулы и механические свойства их наплавленных металлов.

Таблица 2: Характеристики сварочных материалов Серии 1Z для оцинкованной листовой стали

	Наименования торговых марок	Защитный газ	Полярность	Диаметр (mm)	AWS/JIS	Рекомендуемая масса цинкового покрытия (g/m2)
Сплошная проволока	[F]SE-1Z	CO2	DC(+)	1.0 1.2	AWS A5.18 ER70S-G	≥100
	[F]MG-1Z	CO2	DC(+)	1.0 1.2	AWS A5.18 ER70S-G	≥100
Проволока FCW с защитным газом	[F]MX-1Z	CO2	DC(+)	1.2	AWS A5.20 E70T-1C	≥150 *1
	[F]MX-100Z	CO2	DC(+)	1.2	AWS A5.20 E71T-1C	≥150 *2
	[F]DW-1SZ	CO2	DC(-)	1.4	JIS Z 3313 T 49 0 T5-1 C A	≥550
Покрытый электрод	[F]Z-1Z	---	AC,DC(±)	3.2 4.0 5.0 6.0	JIS Z 3211 E4340	≥550
Самозащитная проволока FCW	[F]OW-1Z	---	DC(-)	1.2	AWS A5.20 E71T-GS	≥550

Таблица 3: Типичные механические свойства чистых наплавленных металлов

	Наименования торговых марок	Химический состав (%)						Прочность на растяжение			Поглощенная энергия
		C	Si	Mn	P	S	Al	0.2% OS (MPa)	TS (MPa)	El (%)	0°C (J)
Сплошная проволока	[F]SE-1Z	0.10	0.49	1.10	0.009	0.009	-	430	540	30	110
	[F]MG-1Z
Проволока FCW с защитным газом	[F]MX-1Z	0.05	0.50	1.52	0.011	0.010	-	480	570	26	83
	[F]MX-100Z	0.10	0.40	1.55	0.011	0.012	-	480	590	27	100
	[F]DW-1SZ	0.12	0.15	1.48	0.010	0.005	-	420	560	26	60
Покрытый электрод	[F]Z-1Z	0.09	0.15	0.48	0.015	0.005	-	380	450	26	100
Самозащитная проволока FCW	[F]OW-1Z	0.25	0.23	0.91	0.008	0.002	2.38	---	---	---	---

4-1. Сплошные проволоки

[F] MG-1Z, сплошная сварочная проволока, специально разработанная для сварки оцинкованных листовых сталей, дает большую вязкость расплавленного металла по сравнению со сплошными проволоками общего назначения, что позволяет еще более повысить сопротивляемость пористости.

Высокая вязкость предотвращает протекание расплавленного металла непосредственно под сварочную дугу и облегчает выход газа, что способствует высокому сопротивлению пористости.

К той же линейке товаров добавлена еще одна сплошная проволока, [F] SE-1Z, с покрытием, не содержащим меди. Простота в работе и экологичность - [F] SE-1Z обеспечивает ровную подачу проволоки и электропроводимость даже без медного покрытия. Так как покрытие не содержит меди, отслаивания медных чешуек, обычно вызываемое давлением прессующего ролика или контактом с покрытием внутри проводника кабеля, не происходит, а значит, не возникает плохой подачи проволоки. Кроме того, оно позволяет поддерживать достаточное сопротивление коррозии, так как специальное антикоррозийное покрытие предотвращает взаимодействие гальванических элементов (вызываемое контактом между разнородными металлами Fe и Cu). [F] SE-1Z также разработана для получения большей чем обычно вязкости сварочного металла, а отличная подача проволоки и стабильная дуга позволяют снизить разбрызгивание, как показано на Иллюстрации 2.

В качестве защитного газа для обеих проволок наиболее оптимальным является CO₂, в то же время, с точки зрения сопротивления пористости, не рекомендуется применять смесь газов Ar-CO₂ и процесс импульсной сварки MAG.

Рекомендуется толщина пластин между 1,6 и 6,0 mm, а также горизонтальная и нижняя позиции сварки

Хотя проволоки [F] MG-1Z и [F] SE-1Z дают лучшее сопротивление образованию пористости, чем сплошные проволоки общего назначения, процесс дуговой сварки в защитных газах (GMAW) в отношении сопротивления пористости не лучше процессов дуговой сварки флюсовой проволокой (FCAW) и дуговой сварки с защитой сварочной зоны (SMAW). Рекомендуемая масса цинкового покрытия для проволок [F] SE-1Z и [F] MG-1Z равна или менее 100g/m².

На Иллюстрации 3 показаны внешний вид шовного валика и макроструктура поперечного среза горизонтального углового шва и углового шва нахлесточного соединения с применением проволоки [F] SE-1Z .

Иллюстрация 3: Внешний вид шовного валика и макроструктура поперечного среза сварочного соединения F SE-1Z (диаметр 1,2mm)

Иллюстрация 4: Внешний вид шовного валика и макроструктура поперечного среза сварочного соединения F MX-1Z (диаметр 1,2mm)

4-2. Флюсовые проволоки

Когда масса цинкового покрытия оцинкованной листовой стали равна или менее 150g/m², рекомендуется использовать проволоку [F] MX-100Z или новую проволоку [F] MX-1Z, в зависимости от применяемой зоны сварочного тока. [F] MX-1Z дает отличную стабильность дуги при сварочном токе не менее 200A, а [F] MX-100Z - при сварочном токе, равном или меньшем 200A.

Однако если масса цинкового покрытия равна или меньше 150g/m², F DW-1SZ подходит для применения.

[F] DW-1SZ дает отличную сопротивляемость пористости, малое разбрызгивание и стабильную дугу, кроме того, она подходит для сварки во всех позициях. Однако она может применяться только с отрицательным электродом постоянного тока (DCEN).

Иллюстрация 5: Внешний вид шовного валика и макроструктура поперечного среза сварочного соединения [F] MX-100Z (диаметр 1,2mm)

Иллюстрация 6: Внешний вид шовного валика и макроструктура поперечного среза сварочного соединения [F] DW-1SZ (диаметр 1,4mm)

4-3. Покрытый электрод

[F] Z-1Z - еще один недавно разработанный покрытый электрод для сварки оцинкованной листовой стали. Его характеристики включают в себя сильное дутье дуги и отличную концентрацию дуги. Поскольку эта проволока дает стабильную дугу, разбрызгивание ограничено.

Рекомендуемая масса цинкового покрытия для проволоки [F] Z-1Z равна или менее 550 g/m², проволока подходит для сварки листовой стали горячего цинкования, а также обычных стальных пластин.

На иллюстрации 7 показан внешний вид шовных валиков, макроструктура поперечных срезов угловых горизонтальных швов и угловых швов нахлестных соединений, а также поверхность излома горизонтального углового шва сварочного соединения F Z-1Z (диаметр 4,0mm).

Иллюстрация 7: Внешний вид шовного валика, макроструктура поперечного среза сварочного соединения и поверхность излома сварочного соединения [F] Z-1Z (диаметр 4,0mm)

4-4. Самозащитная флюсовая проволока

[F] OW-1Z- это самозащитная флюсовая проволока (FCW), не требующая защитного газа и подходящая для сварки вне помещения. Ее высокая сопротивляемость пористости сводит к минимуму образование дефектов пористости даже при сварке оцинкованной листовой стали с довольно высокой массой цинкового покрытия, достигающей 550 g/m².

Однако при использовании необходимо соблюдать особую осторожность - так как проволока может применяться только с отрицательным электродом постоянного тока (DCEN), ее применение ограничено листами стали толщиной от 1,0 до 6,0mm, кроме того, ее не следует применять для соединений, требующих высокой ударной вязкости.

На Иллюстрации 8 показан внешний вид шовных валиков и макроструктура поперечных срезов горизонтального углового шва и углового нахлесточного шва сварочных соединений [F] OW-1Z (диаметр 1,2mm)

Иллюстрация 8: Внешний вид шовного валика и макроструктура поперечного среза сварочного соединения [F] OW-1Z (диаметр 1,2mm)

На фото на Иллюстрациях 9 и 10 показан процесс сварки рамы корпуса автобуса с проволокой [F] SE-1Z, а также сварки водопроводной трубы с проволокой [F] Z-1Z.

5.Послесловие

Эффективность сварки листовой стали горячего цинкования может быть повышена за счет выбора наиболее оптимальных сочетаний метода сварки и сварочных материалов, а также принятия во внимание типа оцинкованной листовой стали и массы цинкового покрытия.

Сварочные материалы Серии 1Z для оцинкованной листовой стали подходят для стальных листов с широким диапазоном массы цинкового покрытия и могут применяться во множестве сварочных процедур. Они также разработаны для сокращения образования дефектов пористости и разбрызгивания.

Примечание: Сварка оцинкованной листовой стали приводит к образованию большего объема дыма и паров, чем сварка обычных сталей. Просим вас обращать особое внимание на экологическую безопасность и охрану здоровья, обеспечивая хорошую вентиляцию и используя приспособления для респираторной защиты.

[Источники]
К. Ямадзаки: Дуговая сварка в защитном газе оцинкованной листовой стали - проблемы и решения - : Японское общество сварки и техники, Журнал WE-COM, Номер 11 (Январь 2014)

[F] в торговых названиях указывают FAMILIARC.