کاوش در جوشکاری کارآمد دنیای فلز：فولاد گرم شکل گرفته

I. مقدس
فولاد با فرم گرم به عنوان یک ماده فولادی پیشرفته خودرو، در سال های اخیر به طور گسترده ای در صنعت خودرو مورد استفاده قرار گرفته است. که از طریق یک فرآیند مهر زنی داغ شکل می گیرد، به طور قابل توجهی استحکام و ایمنی ساختارهای بدنه خودرو را افزایش می دهد و در عین حال به وزن سبک خودرو می رسد. جوشکاری یک مرحله مهم در اتصال اجزای فولادی گرم است و کیفیت آن به طور مستقیم بر عملکرد کلی و قابلیت اطمینان بدنه خودرو تأثیر می گذارد. بنابراین، تحقیقات عمیق در مورد فناوری جوش فولاد گرم شده برای ارتقای توسعه صنعت خودرو اهمیت زیادی دارد.

II. ویژگی های فولاد گرم شکل
( 1 ) استحکام فوق العاده بالا
در طی فرآیند مهر زنی داغ، فولاد گرم شکل گرفته از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می شود که در نتیجه استحکام بسیار بالایی دارد. استحکام کششی آن به طور معمول به 1500 مگاپاسکال یا بیشتر می رسد که به طور موثر مقاومت بدنه خودرو را در برابر تغییر شکل در برخوردها بهبود می بخشد و ایمنی سرنشینان را تضمین می کند.

( 2 ) دقت ابعادی خوب
به دلیل دمای بالا و محدودیت قالب در طول فرآیند شکل‌دهی گرم، فولاد گرم‌شکل‌شده دقت ابعادی خوبی را به دست می‌آورد. قطعات شکل دار انحرافات کوچکی دارند که کار مونتاژ و جوشکاری بعدی را تسهیل می کند و دقت کلی ساخت خودرو را بهبود می بخشد.

( 3 ) سختی بالا
ساختار مارتنزیتی فولاد با فرم گرم سختی بالایی ایجاد می کند که نه تنها مقاومت در برابر سایش مواد را افزایش می دهد بلکه مقاومت در برابر خستگی قطعات را نیز تا حدی بهبود می بخشد. با این حال، سختی بالا نیز چالش هایی را برای پردازش و جوشکاری بعدی ایجاد می کند.

( 4 ) جوش پذیری نسبتا ضعیف
در مقایسه با فولادهای معمولی، فولاد گرم شکل به دلیل ترکیب شیمیایی و ریزساختار، جوش پذیری نسبتاً ضعیفی دارد. مسائل جوشکاری مانند ترک ها و نرم شدن اتصالات مستعد رخ دادن هستند که کنترل دقیق تری بر فرآیند جوشکاری را ایجاب می کند.

III. نکات فنی کلیدی برای جوشکاری فولاد گرم
( 1 ) انتخاب مواد جوش
مواد جوشکاری که با ترکیب شیمیایی و درجه استحکام مواد پایه مطابقت دارند باید بر اساس ترکیب و خواص فولاد گرم‌شکل شده انتخاب شوند. به عنوان مثال، برای فولادهای گرم با محتوای کربن بالاتر، باید مواد جوشکاری کم هیدروژن با مقاومت در برابر ترک خوب انتخاب شود تا از بروز ترک های جوشی کاسته شود.

( 2 ) بهینه سازی پارامترهای فرآیند جوشکاری
کنترل دقیق جریان، ولتاژ، سرعت جوشکاری و سایر پارامترها ضروری است. گرمای ورودی مناسب بسیار مهم است. گرمای ورودی بیش از حد می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد ساختار اتصال، کاهش استحکام و سختی شود، در حالی که گرمای ورودی ناکافی ممکن است منجر به نفوذ ناقص یا شکل گیری ضعیف جوش شود. پارامترهای فرآیند بهینه برای ضخامت های مختلف و پیکربندی اتصال باید از طریق آزمایش گسترده تعیین شوند.

( 3 ) ترتیب و جهت جوشکاری
ترتیب و جهت جوشکاری باید به طور معقولی تنظیم شود تا تنش و تغییر شکل جوش به حداقل برسد. برای اجزای سازه ای فولادی با فرم گرم پیچیده، باید از جوش متقارن، جوشکاری قطعه ای و سایر روش ها برای اطمینان از توزیع یکنواخت تنش جوشکاری و جلوگیری از تمرکز تنش موضعی استفاده شود.

IV. روشهای اصلی جوشکاری برای فولادهای گرم شکل
( 1 ) جوشکاری مقاومتی
ویژگی های فنی: جوشکاری مقاومتی از گرمای مقاومتی تولید شده توسط جریان عبوری از نقاط تماس قطعات کار برای گرم کردن آنها استفاده می کند و یک اتصال جوش داده شده را تحت فشار تشکیل می دهد. مزایایی مانند سرعت جوشکاری سریع، راندمان تولید بالا، تغییر شکل جوش کوچک، سهولت اتوماسیون و عدم نیاز به مواد پرکننده را ارائه می دهد و به طور موثر خواص اصلی فولاد گرم را حفظ می کند.
دامنه کاربرد: مناسب برای جوشکاری ورق های فولادی گرم با ضخامت تقریبی 0.8 تا 3 میلی متر. معمولاً برای اتصال اجزای فولادی با فرم گرم در تولید بدنه خودرو، مانند جوش نقطه ای و جوش درز پانل های داخلی در، قاب بدنه و سایر قطعات استفاده می شود.
نقاط عملیاتی: کنترل دقیق جریان جوشکاری، زمان جوشکاری و فشار الکترود مورد نیاز است. جریان جوشکاری را با توجه به سختی و ضخامت فولاد گرم شده تنظیم کنید تا از گرمای کافی برای رسیدن قطعات به دمای جوش اطمینان حاصل شود. زمان جوشکاری باید گرمایش کافی را بدون گرمای بیش از حد تضمین کند. فشار الکترود باید متوسط ​​باشد و از تماس محکم قطعات بدون ایجاد آسیب سطح یا تغییر شکل ناشی از فشار بیش از حد اطمینان حاصل کند. علاوه بر این، الکترودها باید به طور مرتب تمیز شوند تا از چسبیدن فلز به سطح الکترود جلوگیری شود که می تواند بر کیفیت جوش تأثیر بگذارد.

( 2 ) جوش لیزری
ویژگی های فنی: جوشکاری لیزری از پرتو لیزر با چگالی بالا به عنوان منبع گرما استفاده می کند که دارای چگالی انرژی بالا، سرعت جوشکاری سریع، درزهای جوش باریک، مناطق کوچک متاثر از حرارت، حداقل تغییر شکل جوشکاری و عملکرد عالی اتصال است. این تاثیر بر ریزساختار و خواص فولاد گرم شکل را به حداقل می رساند و از استحکام و چقرمگی بالا اتصالات جوش داده شده اطمینان حاصل می کند.
دامنه کاربرد: مناسب برای جوشکاری قطعات فولادی با دقت بالا و با کیفیت بالا، به ویژه برای جوشکاری ورق های نازک و فوق نازک (کمتر از 1 میلی متر). در خودروسازی، معمولاً برای جوش لب به لب و جوشکاری فولادی گرم مانند جوشکاری کاپوت موتور، درب صندوق عقب و سایر قطعات استفاده می شود.
نقاط عملیاتی: دقت و پایداری تجهیزات بسیار مهم است و دقت تمرکز و پایداری انرژی پرتو لیزر را تضمین می کند. دقت مونتاژ قطعات کار نیز به شدت مورد نیاز است، با کنترل دقیق بر روی شکاف و ناهماهنگی، معمولاً شکاف را در 0.1 میلی متر نگه می دارد و عدم تراز بیش از 10٪ ضخامت ورق را حفظ می کند. علاوه بر این، اقدامات حفاظتی در حین جوشکاری باید انجام شود تا از آلودگی بخار فلز به مسیر نوری لیزر جلوگیری شود.

( 3 ) جوشکاری قوس الکتریکی (نمونه آن جوشکاری محافظ گاز مخلوط)
ویژگی‌های فنی: در جوشکاری محافظ گاز مخلوط معمولاً از مخلوطی از آرگون و دی‌اکسید کربن به‌عنوان محیط محافظ استفاده می‌شود که بر روی قوس ایجاد شده بین سیم جوش و قطعه کار برای ذوب فلز برای جوشکاری تکیه می‌کند. مزایایی مانند هزینه نسبتا کم، سازگاری با فرآیندهای مختلف جوشکاری و توانایی انجام جوشکاری در همه موقعیت ها را ارائه می دهد.
دامنه کاربرد: قابلیت جوشکاری فولاد گرم با ضخامت های مختلف را دارد و به طور گسترده برای جوشکاری صفحات با ضخامت متوسط ​​(3 تا 10 میلی متر) استفاده می شود. معمولاً در بخش‌های ساختاری غیر بحرانی در ساخت خودرو یا در کاربردهای تعمیر استفاده می‌شود.
نقاط عملیاتی: محافظ گاز موثر برای جلوگیری از نفوذ هوا به جوش ضروری است. انتخاب معقول پارامترهای قطر سیم جوش، جریان جوش، ولتاژ و نرخ جریان گاز ضروری است. پارامترها را با توجه به ضخامت و موقعیت جوش فولاد شکل‌دهی شده گرم تنظیم کنید تا از شکل‌گیری خوب جوش اطمینان حاصل کنید. علاوه بر این، در حین جوشکاری باید اقدامات حفاظتی باد انجام شود و اگر سرعت باد بیش از حد زیاد باشد، جوشکاری باید تعلیق یا محافظت شود. علاوه بر این، محل جوشکاری باید کاملا تمیز شود تا ناخالصی هایی مانند روغن و زنگ زدگی از بین برود تا از کیفیت جوش اطمینان حاصل شود.

V. چالش‌ها و راه‌حل‌های فنی برای فولاد شکل‌دهی گرم
( 1 ) ترک های جوشکاری
چالش فنی: فولاد گرم شکل مستعد ترک های سرد و ترک های داغ در حین جوشکاری است. ترک های سرد عمدتاً ناشی از انتشار هیدروژن، تنش جوشکاری و تشکیل ساختارهای سخت شده است. ترک های داغ به دلیل وجود یوتکتیک های کم ذوب در فلز جوش در حین انجماد، تحت تنش کششی رخ می دهد.
راه حل: برای ترک های سرد، پیش گرم کردن قبل از جوشکاری توصیه می شود، با دمای پیش گرم معمولا بین 100 و 200°C، با توجه به ضخامت و ترکیب فولاد تنظیم می شود. پارامترهای فرآیند جوشکاری را به شدت کنترل کنید تا منابع هیدروژن را کاهش دهید، مانند استفاده از مواد جوشکاری کم هیدروژن و خشک کردن مواد جوشکاری. عملیات حرارتی پس از جوش برای حذف هیدروژن باید به سرعت انجام شود و دمای آن معمولاً بین 200 و 350°C و زمان نگهداری بر اساس ضخامت قطعه کار تعیین می شود. برای ترک های داغ، ترکیب مواد جوشکاری را تنظیم کنید تا محتوای یوتکتیک کم ذوب در جوش کاهش یابد. بهینه سازی پارامترهای فرآیند جوشکاری برای کاهش تنش جوشکاری، مانند استفاده از جریان جوشکاری کمتر و سرعت جوشکاری سریعتر.

( 2 ) نرم کننده مفاصل
چالش فنی: در ناحیه متاثر از گرما در حین جوشکاری، به دلیل چرخه حرارتی، ریزساختار فولاد گرم شکل گرفته تغییر می کند و منجر به کاهش استحکام و سختی می شود که به عنوان نرم شدن اتصال شناخته می شود. این به طور قابل توجهی بر ظرفیت باربری و عملکرد کلی اتصال جوش داده شده تأثیر می گذارد.
راه حل: روش های جوشکاری مناسب را انتخاب کنید، مانند جوشکاری لیزری و جوشکاری با پرتو الکترونی، که چگالی انرژی بالایی دارند و می توانند به طور موثر عرض و قرار گرفتن در معرض حرارت ناحیه تحت تاثیر حرارت را کاهش دهند و نرم شدن مفصل را به حداقل برسانند. به طور همزمان، پارامترهای فرآیند جوشکاری را برای کنترل گرمای ورودی و به حداقل رساندن تأثیر بر ریزساختار منطقه تحت تأثیر حرارت بهینه کنید. برای مواردی که نرم شدن مفصل قبلاً رخ داده است، می توان از عملیات حرارتی پس از جوش، مانند تمپر برای بازیابی برخی از خواص اتصال استفاده کرد.

( 3 ) مسائل مربوط به تخلخل
چالش فنی: در حین جوشکاری، نفوذ گاز به داخل جوش یا گازی که در اثر واکنش های متالورژیکی ایجاد می شود و به موقع خارج نمی شود، می تواند منافذی را در جوش ایجاد کند. وجود منافذ باعث کاهش چگالی و استحکام جوش می شود و کیفیت اتصال جوش داده شده را تحت تاثیر قرار می دهد.
راه حل: اطمینان حاصل کنید که مواد جوشکاری خشک هستند تا از جذب رطوبت جلوگیری شود. افزایش محافظ گاز در حین جوشکاری، انتخاب گازهای محافظ مناسب و نرخ جریان گاز و اطمینان از محافظ گاز موثر. پارامترهای فرآیند جوشکاری مانند جریان جوشکاری، ولتاژ و سرعت جوشکاری را به طور منطقی کنترل کنید تا زمان کافی برای خروج گاز فراهم شود. در جوشکاری محافظ گاز مختلط باید به خلوص و نسبت اختلاط گازها توجه شود و سیستم گازرسانی به طور مرتب مورد بازرسی قرار گیرد تا از ورود ناخالصی ها به داخل گاز جلوگیری شود. به طور همزمان، سطح قطعه کار باید کاملا تمیز شود تا ناخالصی هایی مانند روغن و رطوبت حذف شود و منابع گاز کاهش یابد.

پیشرفت در فناوری جوشکاری فولاد با فرم گرم به صنعت خودرو محدود نمی شود. آنها همچنین پتانسیل کاربرد عظیمی را در هوافضا، ساخت ماشین آلات و سایر زمینه ها نشان می دهند. با غلبه مداوم بر چالش های فنی و بهینه سازی فرآیندهای جوشکاری، ما قادر خواهیم بود به طور کامل از مزایای عملکرد فولاد گرم شده استفاده کنیم و تضمینی محکم برای توسعه با کیفیت بالا در صنایع مختلف ارائه دهیم. من معتقدم که با تلاش‌های مشترک بسیاری از محققان و کارگران فنی، فناوری جوشکاری فولاد با فرم گرم مطمئناً آینده روشن‌تری را به همراه خواهد داشت و به پیشرفت صنعت تولید جهانی کمک می‌کند.