Исследование эффективной сварки в мире металлов: сталь горячей штамповки

I. Введение
Сталь горячей штамповки, как передовой автомобильный стальной материал, в последние годы широко используется в автомобильной промышленности. Изготовленный методом горячей штамповки, он значительно повышает прочность и безопасность конструкций кузова автомобиля, одновременно обеспечивая его легкий вес. Сварка является важнейшим этапом соединения горячеформованных стальных компонентов, и ее качество напрямую влияет на общую производительность и надежность кузова автомобиля. Поэтому глубокие исследования технологии сварки горячедеформированной стали имеют большое значение для содействия развитию автомобильной промышленности.

II. Характеристики стали горячей штамповки
( 1 ) Сверхвысокая прочность
В процессе горячей штамповки сталь, полученная горячей штамповкой, претерпевает превращение из аустенита в мартенсит, что приводит к чрезвычайно высокой прочности. Его предел прочности обычно достигает 1500 МПа или выше, что эффективно повышает устойчивость кузова автомобиля к деформации при столкновениях и обеспечивает безопасность пассажиров.

( 2 ) Хорошая точность размеров
Из-за высокой температуры и ограничений формы во время процесса горячей штамповки сталь, полученная горячей штамповкой, обеспечивает хорошую размерную точность. Фасонные детали имеют небольшие отклонения, что облегчает последующие сборочно-сварочные работы и повышает общую точность изготовления автомобиля.

( 3 ) Высокая твердость
Мартенситная структура горячедеформированной стали придает высокую твердость, что не только повышает износостойкость материала, но и в некоторой степени повышает усталостную прочность деталей. Однако высокая твердость также создает проблемы для последующей обработки и сварки.

( 4 ) Относительно плохая свариваемость
По сравнению с обычными сталями, сталь, полученная горячей штамповкой, имеет относительно плохую свариваемость из-за своего химического состава и микроструктуры. Часто возникают проблемы со сваркой, такие как трещины и размягчение соединений, что требует более строгого контроля процесса сварки.

III. Ключевые технические моменты сварки стали горячей штамповки
( 1 ) Выбор сварочных материалов
Сварочные материалы, соответствующие по химическому составу и классу прочности основному материалу, следует выбирать исходя из состава и свойств горячедеформируемой стали. Например, для горячеформованных сталей с более высоким содержанием углерода следует выбирать сварочные материалы с низким содержанием водорода и хорошей трещиностойкостью, чтобы уменьшить возникновение сварочных трещин.

( 2 ) Оптимизация параметров сварочного процесса
Очень важен точный контроль сварочного тока, напряжения, скорости сварки и других параметров. Соответствующее тепловложение имеет решающее значение; чрезмерное тепловложение может привести к перегреву конструкции соединения, снижению прочности и твердости, а недостаточное тепловложение может привести к неполному провару или плохому формированию сварного шва. Оптимальные параметры процесса для различных толщин и конфигураций соединений необходимо определять путем обширных испытаний.

( 3 ) Последовательность и направление сварки
Последовательность и направление сварки следует выбирать разумно, чтобы свести к минимуму сварочное напряжение и деформацию. Для сложных стальных конструктивных элементов, изготовленных методом горячей штамповки, следует использовать симметричную сварку, сегментную сварку и другие методы, чтобы обеспечить равномерное распределение сварочного напряжения и избежать локализованной концентрации напряжений.

IV. Основные методы сварки горячедеформированной стали
( 1 ) Контактная сварка
Технические характеристики: При контактной сварке используется резистивная теплота, генерируемая током, проходящим через точки контакта заготовок, для их нагрева, образуя сварное соединение под давлением. Он предлагает такие преимущества, как высокая скорость сварки, высокая эффективность производства, небольшая сварочная деформация, простота автоматизации и отсутствие необходимости в присадочном материале, эффективно сохраняя исходные свойства горячедеформированной стали.
Область применения: Подходит для сварки горячеформованных стальных листов толщиной примерно от 0,8 до 3 мм. Обычно используется для соединения стальных компонентов горячей штамповки при производстве кузовов автомобилей, таких как точечная сварка и сварка швов внутренних панелей дверей, рам кузова и других деталей.
Рабочие точки: Требуется строгий контроль сварочного тока, времени сварки и давления электрода. Отрегулируйте сварочный ток в соответствии с твердостью и толщиной горячекатаной стали, чтобы обеспечить достаточный нагрев заготовок для достижения температуры сварки; время сварки должно обеспечивать достаточный нагрев без перегрева; давление электрода должно быть умеренным, обеспечивающим плотный контакт заготовок, не вызывая повреждения поверхности или деформации из-за чрезмерного давления. Кроме того, электроды следует регулярно чистить, чтобы предотвратить прилипание металла к поверхности электрода, что может повлиять на качество сварки.

( 2 ) Лазерная сварка
Технические характеристики: В лазерной сварке в качестве источника тепла используется лазерный луч с высокой плотностью энергии, который отличается высокой плотностью энергии, высокой скоростью сварки, узкими сварными швами, небольшими зонами термического влияния, минимальной сварочной деформацией и отличными характеристиками соединения. Минимизирует влияние на микроструктуру и свойства горячедеформированной стали, обеспечивая высокую прочность и вязкость сварных соединений.
Область применения: Подходит для сварки высокоточных, высококачественных стальных деталей горячей штамповки, особенно для сварки тонких и сверхтонких листов (менее 1 мм). В автомобилестроении его обычно используют для стыковой сварки и сварки внахлестку стали горячей штамповки, например, для сварки капотов двигателей, крышек багажников и других деталей.
Рабочие точки: Точность и стабильность оборудования имеют решающее значение, обеспечивая точность фокусировки и энергетическую стабильность лазерного луча. Также строго требуется точность сборки заготовок, строгий контроль за зазором и перекосом, обычно зазор не превышает 0,1 мм, а перекос - не более 10% от толщины листа. Кроме того, во время сварки следует принимать защитные меры для предотвращения загрязнения парами металла оптического пути лазера.

( 3 ) Дуговая сварка (на примере сварки в среде защитных газов)
Технические характеристики: При сварке в среде защитных газов со смешанным газом в качестве защитной среды обычно используется смесь аргона и углекислого газа, при этом дуга, возникающая между сварочной проволокой и заготовкой, плавит металл для сварки. Он предлагает такие преимущества, как относительно низкая стоимость, адаптируемость к различным процессам сварки и возможность выполнять сварку во всех положениях.
Область применения: Способен сваривать горячеформованную сталь различной толщины, широко используется для сварки листов средней толщины (от 3 до 10 мм). Он обычно используется в некритических структурных частях автомобильного производства или в ремонтных целях.
Рабочие точки: Эффективная газовая защита необходима для предотвращения проникновения воздуха в сварной шов. Необходим разумный выбор диаметра сварочной проволоки, сварочного тока, напряжения и параметров расхода газа. Отрегулируйте параметры в соответствии с толщиной и положением сварки горячекатаной стали, чтобы обеспечить хорошее формирование сварного шва. Кроме того, во время сварки следует принимать меры по защите от ветра, а сварку следует приостанавливать или защищать, если скорость ветра слишком высока. Кроме того, для обеспечения качества сварки зону сварки следует тщательно очистить от загрязнений, таких как масло и ржавчина.

V. Технические проблемы и решения для стали горячей штамповки
( 1 ) Сварка трещин
Техническая проблема: сталь, полученная горячей штамповкой, склонна к образованию холодных и горячих трещин во время сварки. Холодные трещины возникают в основном из-за диффузии водорода, сварочных напряжений и образования упрочненных структур; горячие трещины возникают из-за наличия в металле шва легкоплавких эвтектик при затвердевании, под действием растягивающих напряжений.
Решение: В случае холодных трещин рекомендуется предварительный нагрев перед сваркой, при этом температура предварительного нагрева обычно составляет от 100 до 100°С. 200°C, скорректировано в зависимости от толщины и состава стали. Строго контролируйте параметры процесса сварки, чтобы уменьшить количество источников водорода, например, используя сварочные материалы с низким содержанием водорода и сушильные сварочные материалы. Послесварочную термообработку для удаления водорода следует проводить незамедлительно, при температуре, как правило, от 200 до 200°С. 350°С, а время выдержки определяют исходя из толщины заготовки. При горячих трещинах скорректировать состав сварочного материала, чтобы уменьшить содержание легкоплавких эвтектик в шве; оптимизировать параметры сварочного процесса для снижения сварочного напряжения, например, используя меньший сварочный ток и более высокую скорость сварки.

( 2 ) Размягчение суставов
Техническая задача: В зоне термического влияния во время сварки из-за термоциклирования микроструктура горячекатаной стали изменяется, что приводит к снижению прочности и твердости, известному как размягчение шва. Это существенно влияет на несущую способность и работоспособность сварного соединения.
Решение: выбрать подходящие методы сварки, такие как лазерная сварка и электронно-лучевая сварка, которые имеют высокую плотность энергии и позволяют эффективно уменьшить ширину и тепловое воздействие зоны термического влияния, минимизируя размягчение соединения. Одновременно оптимизируйте параметры сварочного процесса для контроля тепловложения и минимизации воздействия на микроструктуру зоны термического влияния. В случаях, когда размягчение соединения уже произошло, для восстановления некоторых свойств соединения можно использовать термообработку после сварки, например отпуск.

( 3 ) Проблемы с пористостью
Техническая проблема: Во время сварки проникновение газа в сварной шов или газ, образующийся в результате металлургических реакций, который не выходит вовремя, может привести к образованию пор в сварном шве. Наличие пор снижает плотность и прочность сварного шва, влияя на качество сварного соединения.
Решение: убедитесь, что сварочные материалы сухие, чтобы избежать впитывания влаги; улучшите газовую защиту во время сварки, выберите соответствующие защитные газы и скорости потока газа, а также обеспечьте эффективную газовую защиту. Разумно контролируйте параметры сварочного процесса, такие как сварочный ток, напряжение и скорость сварки, чтобы обеспечить достаточное время для выхода газа. При сварке в среде защитных газов следует уделять внимание чистоте и соотношению смешивания газов, а также регулярно проверять систему подачи газа, чтобы предотвратить попадание примесей в газ. Одновременно поверхность заготовки следует тщательно очистить от загрязнений, таких как масло и влага, и уменьшить количество источников газа.

Достижения в технологии сварки стали горячей штамповки не ограничиваются автомобильной промышленностью; они также демонстрируют огромный потенциал применения в аэрокосмической, машиностроительной и других областях. Постоянно преодолевая технические проблемы и оптимизируя сварочные процессы, мы сможем в полной мере использовать эксплуатационные преимущества горячедеформированной стали, обеспечивая надежную гарантию качественного развития различных отраслей промышленности. Я считаю, что благодаря совместным усилиям многочисленных исследователей и технических работников технология сварки стали горячей штамповкой, несомненно, откроет светлое будущее и будет способствовать прогрессу мировой обрабатывающей промышленности.