ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Для получения качественного соединения с высокими прочностными свойствами под статической, ударной и вибрационной нагрузками точечную сварку низколегированных сталей предложено выполнять с термомеханической обработкой металла точки между электродами сварочной машины.

Исследовались процессы точечной сварки низколегированной марганцевой стали марки 09Г2 толщиной 2-3 мм, применяемой в вагоностроении (толщина обшивки вагона 2 мм, толщина элементов набора 3 мм). При точечной сварке стали 09Г2 по одноимпульсному циклу металл ядра точки имеет хрупкую мартенситную структуру (твердость на границе металл ядра - металл зоны термического влияния Н 430). Точечная сварка этой стали с электротермообработкой между электродами машины позволяет получить отпущенную почти равноосную структуру (твердость металла на указанной границе Н 360).

Для улучшения механических свойств металла точки применена термообработка по следующей схеме: сварка-закалка-отпуск.

При быстром охлаждении металла аустенит превращается в мартенсит. Температура, до которой металл точки необходимо охладить, чтобы получить полный переход в мартенсит, зависит от процентного содержания в металле углерода и легирующего элемента - марганца. Нельзя охлаждать металл значительно ниже температуры образования мартенсита, так как при этом развиваются высокие внутренние напряжения, в результате чего в хрупкой мартенситной структуре могут возникнуть трещины. Поэтому после окончания процесса образования мартенсита сразу же надо производить отпуск пропусканием тока второго импульса. Эффективность отпуска возрастает, если одновременно с пропусканием тока второго импульса увеличить усилие на электродах - проложить ковочное давление.

Большое значение имеет продолжительность пропускания тока второго импульса и его величина. Оптимальное время продолжительности отпуска в 2,0 - 2,6 раза больше времени сварки. Влияние величины тока второго импульса на статическую прочность иллюстрируют данные таблицы 1 (продолжительность отпуска 0,75 сек.).

Таблица 1

Величина тока второго импульса должна быть такой, чтобы металл точки нагрелся до температуры высокого отпуска (650є). При чрезмерном увеличении тока второго импульса металл сварной точки будет нагреваться до температуры образования аустенита или даже произойдет повторное расплавление металла в центре ядра. При охлаждении такая точка снова закалится на мартенсит. Участок с повторным расплавлением металла в центре ядра снижает механические свойства сварной точки, особенно при работе на удар и при вибрационных нагрузках.

Несимметричное распределение тока может привести к появлению участка с повторным распределением металла на краю ядра точки, а это снижает прочность сварного соединения при статическом отрыве.

Влияние величины тока второго импульса и его продолжительности на работу, затраченную на разрушение крестообразного образца при ударе, приведено в таблице 2.

Таблица 2

Работа, затраченная на ударный отрыв образца, сваренного по одноимпульсному циклу - 10,1. То же после нормализации в печи - 17,8 кгм.

Образцы, сваренные без термообработки, при испытании на удар разрушались по плоскости соприкосновения пластин или же через точку, т.е. имело место хрупкое разрушение. Образцы после термообработки между электродами машины разрушались с вырывом точки из одной пластины. После разрушения точка приобретала вытянутую форму в направлении, перпендикулярном плоскости пластин. Увеличение тока отпуска или же его продолжительности свыше определенной величины приводило к увеличению хрупкости металла точки.

Термообработка точки между электродами машины оказала благоприятное влияние на вибрационную прочность сварного соединения. Испытание проводилось на низкочастнотной машине (200 гц в мин), работающей по пульсирующему циклу. Критерием прочности считалось количество циклов, которое выдерживал образец до появления трещины.

В таблице 3 за 100%-ную прочность принято количество циклов, которое выдержал образец, сваренный без термообработки при испытании на срез.

Таблица 3

Таким образом, проведенные исследования показали, что:

1.Термообработкой между электродами машины можно значительно увеличить прочность сварного соединения из стали 09Г2, а, следовательно, и несущую способность всей конструкции.

2.Ток отпуска должен быть равен 80-83% тока сварки, продолжительность термообработки - 0,75 - 1,0 сек.