Исследование качества сварных точек опытных образцов

» Главная страница » Новые разработки » Исследование качества сварных точек опытных образцов

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ ТОЧЕК ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ

1. На исследование представлено 6 образцов новой конструкции сварного соединения – тавр толщиной 10мм с двумя листами толщиной 1,7 – 2,0мм с каждой стороны. Образцы подвергались контактной точечной сварке по отдельным режимам. Оценка качества сварного соединения в каждой точке проводилась путем внешнего осмотра, анализа микро – и макроструктуры, а также пробного отрыва одного из листов от тела тавра. Выявление микро -  и макроструктуры достигалось травлением шлифов в 4-х и 10-ти процентных растворах азотной кислоты.
2. Результаты оценки качества сварных точек.
Образец №1 (режим 1).
Наружным осмотром дефектов типа «выплески», трещины и подплавления поверхности контакта не обнаружено. Глубина вмятин от электродов большая (до 0,8мм), а диаметр составляет 12-13мм.
В плоскости микрошлифа обнаружено образование 2-х «литых ядер» с присутствием пор и трещин, а зона термического влияния занимает всю ширину тавра между ядрами (рис.1). Структура серединной части тавра характеризуется образованием перлитной основы с выделением феррита по границам крупных (балл 3) зерен. Это свидетельствует о сквозном прогреве этого соединения с образованием дефектной структуры (перегрев) даже в сердцевине тавра (рис. 2).
Литое ядро на обоих листах имеет характерную структуру столбчатого строения со строчечными выделениями игольчатого феррита.  При этом зона литого ядра выходит на поверхность листов (рис. 3), что недопустимо. Граница литого ядра в теле тавра  переходит в зону перегрева со структурой, показанной для сердцевины тавра (рис. 2,4). Диаметр литого ядра (по структуре) достигает 12,0 мм, а ширина – до 4,5мм.
Оценка макроструктуры сварной точки подтвердила образование двух литых ядер с большой зоной взаимного проплавления листов и тавра при чрезмерном прогреве тавра по всей ширине. Полученные результаты показывают на возможность снижения механических свойств (прочности) этого сварного соединения.
Образец № 2 (режим2).
Наружным осмотром поверхностных дефектов не обнаружено. Диаметр вмятин от электродов – в пределах 11-13мм, а глубина – меньше, чем в образце № 1.
В плоскости микрошлифа обнаружено наличие двух «литых ядер»   по границам прилегания поверхностей тавра и листов (рис. 1). Видно, что конфигурация этих «ядер» различна между собой (по длине и ширине); в одной имеется пора диаметром около 1мм. Зона термического влияния аналогична с образцом №1 и занимает всю площадь сечения тавра между зонами расплаввления тавра и листов. Микроструктура серединной части тавра не отличается от образца №1 (рис.2), хотя размер зерен несколько меньше (балл 3-4), что свидетельствует о меньшей температуре нагрева металла.
Микроструктура зоны взаимного расплавления металла тавра и листов (литых зерен) аналогична образцу №1 и имеет столбчатое строение со строчечными выделениями феррита игольчатой формы (рис. 5).  Диаметр литого ядра с одной стороны тавра около 12мм, ширина его – около 2,6мм. Зона расплавления не доходит до поверхности листа на 0,6мм (рис. 6). Диаметр литого ядра меньше (10,5мм), хотя ширина его несколько больше (3,2мм), что может быть следствием иных условий формирования литого ядра с образованием поры. При этом зона взаимного расплавления металла тавра и  листа более широкая и выходит до поверхности листа (как в образце №1).
Общий вид макроструктуры сварной точки образца №2 показывает наличие двух литых ядер разной формы и размеров с преимущественно односторонним направлением волокон (дендритов) из-за близости  их к поверхности листов, что способствует направлению теплоотвода при охлаждении расплавленного металла ядра (рис. 7).
Образец №3 (режим 3).
Наружным осмотром поверхностных дефектов не обнаружено. Диаметр вмятин от электродов – в пределах 11-12мм, а глубина – не более 0,4мм. Конфигурация зоны термического влияния по форме и размерам соответствует вышеописанным образцам №1 и №2, но степень  нагрева серединной части тавра несколько меньше. Структура литого ядра соответствует  известным характеристикам с игольчатыми и строчечными выделениями феррита (рис.8). Зона литого ядра (проплавления) не доходит до поверхности листа на 0,7мм (рис.9). Диаметр  литого ядра 11,5-12,0мм, а ширина 2,5мм.
Характер макроструктуры не отличается от показанной на рис. 7 для образца №2 и показывает присутствие небольшой трещины в более узкой части ядра.
Образец №4 (режим4).
В зоне сварной точки поверхностных дефектов не имеется. Диаметр вмятин от электродов находится в пределах 10-11мм, глубина вмятин – около 0,3-0,4мм.
В плоскости микрошлифа (сечение по диаметру вмятин)  проявляются два литых ядра на поверхностях соединения тавра с листами. Зона термического влияния распространяется от каждого ядра в тело тавра, но степень нагрева стали здесь меньше, чем в ранее описанных образцах – балл зерна в микроструктуре серединной части тавра составляет 6-7 (рис.10).
Форма литого ядра аналогична полученным в образцах №1-3 (овальная, близкая к «классической»), диаметр ядра 11,0-11,5мм, ширина – 2,5-2,6мм. Микроструктура литого ядра соответствует описанной в образцах №1-3, а расстояние от края ядра до поверхности листов – в пределах 0,8-0,83мм. Одновременно выявлена различная степень нагрева материала листов с разных сторон (электродов), что проявляется в микроструктуре стали на границах литого ядра «верхнего» и «нижнего» листа (рис. 11). Подобное  явление  наблюдалось и в других образцах, когда край литого ядра выходил на поверхность обоих или одного листа (образцы №1и №2).
Макроструктура сварной точки образца №4 более четко показывает расположение литых ядер и конфигурацию зоны термического влияния по металлу тавра (рис. 12); в теле литого ядра с повышенным нагревом имеется небольшая (до 0,5мм) пора.
Образец №5 (режим5).
Наружным осмотром образца наружных дефектов в зоне сварной точки  не обнаружено. Диаметр вмятин от электродов составляет 11,5-11,0мм с глубиной около 0,3мм.
В плоскости микрошлифа выявлено образование двух литых ядер с отсутствием каких-либо дефектов. Зона термического влияния по телу тавра – менее развитая, чем в образце №4 (рис. 13). Микроструктура серединной части тавра – феррито-перлитная, с размером зерна около 9 балла (рис. 14), что является следствием промежуточного нагрева стали в районе 750-850ºС. Микроструктура литого ядра аналогична вышеописанным образцам, зона повышенного нагрева тавра имеет небольшую ширину и незначительный перегрев (балл зерна 4-5).
Образец №6 (режим6).
Наружным осмотром поверхностных дефектов сварной точки не обнаружено. Диаметр вмятин от электродов равен 10-11мм, а глубина – не более0,2мм. В плоскости микрошлифа по диаметральному сечению сварной точки видно образование 2-х отдельных «ядер» правильной конфигурации (рис.13), но их размеры отличаются между собой видимо из-за разной интенсивности нагрева от электродов. Ориентировочный диаметр этих «ядер» составляет 7,5мм и 9,5мм. Зона термического влияния по телу тавра не просматривается и фактически отсутствует. Микроструктура серединной части  тавра феррито-перлитная (рис.15) и соответствует исходному состоянию использованной стали (Ст.3).
Более тщательный анализ микроструктуры выявленных «ядер» показал отсутствие характерной структуры «литой» стали, т.е. взаимного расплавления соприкасаемых поверхностей листов и тавра не произошло. В связи с этим даже в центральной зоне «ядра» проходит (прерывистая) линия разграничения листа и тавра (рис. 16), что свидетельствует о непригодности такого соединения для сварных конструкций. 
3. Анализ результатов оценки качества сварных точек.
Установлено, что изменение элементов свариваемого «пакета» от 2-х уголков с одним листом на один тавр с двумя листами снаружи привело к изменению и общей картины сварной точки – образованию 2-х литых ядер на плоскостях контакта листов с тавром. При этом зона термического влияния (ЗТВ) сконцентрирована, главным образом, в теле тавра с различной степенью развития по его толщине.
Сварка образца №1 выполнялась по режиму 1, который соответствовал базовому режиму сварки ранее исследованию «пакета» (уголок-лист-уголок). Однако качество этой сварной точки  оказалось неудовлетворительным с связи с образованием 2-х пор в обоих ядрах и очень сильного перегрева материала (Ст.3) тавра по всей его толщине (повыш. хрупкость!). Причиной этого послужило, видимо, изменение толщины прилегаемых к контактам элементов «пакета» -  от уголка толщиной 4-5 мм на лист толщ. 2мм и несоответствие новой конструкции «пакета» параметрам сварки (J. t. P).
Сварка по режиму 2 практически мало изменила глубину и степень прогрева тавра по толщине, хотя размер зерна стали в серединной зоне стал несколько меньше. Но глубина проплавления листов различная и в одном из них – сплошная, как и в образце №1, с образованием поры в ядре. Качество сварки листов и тавра – неудовлетворительное.
Дополнительное изменение условий точечной сварки (режим 3) не изменило общей картины сечения (микрошлиф) сварной точки, но степень прогрева серединных зон тавра и глубина проплавления листов стали меньше. Учитывая образование трещин в зоне ядра и большую глубину проплавления листов (70%) по толщине, качество сварки по этому режиму является недостаточно удовлетворительным.
Более высокое качество сварных точек обнаружено на образцах №4 и №5 (режим 4, 5). В этом случае отсутствуют какие-либо поверхностные и внутренние дефекты, форма литых ядер близка к «классической», а степень нагрева тавра по толщине существенно ниже. В серединной зоне тавра сохраняется феррито-перлитная структура с размером зерна от 6,5 до 9 балла, величина проплавления составляет около 50% толщины при диаметре ядра 10,5-11,0мм. Такие показатели могут обеспечить достаточную прочность сварного соединения без снижения пластичности даже при отрицательных температурах.
На основании проведенных исследований качества сварных точек опытных образцов металлосердечников  изготовленных из углового профиля и из таврового были выбраны оптимальные режимы сварки полученных на образцах №4 и №5.

Назад   Наверх