Zgrzewanie punktowe blach stalowych metalizowanych zanurzeniowo stopem Al-Zn-Si

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI frr.^SirraT_________ ^ g .,

S erial HUTNICTWO z . 36 ~ "iii k o l . 1063

S tan isław LALIK Henryk LARYSZ

ZGRZEWANIE PUNKTOWE BLACH STALOWYCH

METALIZOWANYCH ZANURZENIOWO STOPEM A l- Z n -S i

S t r e s z c z e n i e ; W p r a c y p r z e d s ta w io n o w y n ik i b adań z ł ą c z zg rz ew a- nych oporowo punktow o z b la c h ze s t a l i 08X pow lekanych stopem z a ­ w ie ra ją c y m 58% a lu m in iu m , 40% cynku i 2% krzem u. Podano z a l e t y nowo o p rac o w a n ej w IIM p o w ło k i, t e c h n o l o g i ę z g rz e w a n ia o r a z w y n ik i b a­

dań w ła s n o ś c i m e c h a n icz n y ch z g r z e i n , b adań m e ta lo g r a f ic z n y c h i t e ­ s t u k o r o z y jn e g o . Wykazno m ożliw ość w ykonania popraw nych z ł ą c z zgrzew an y ch punktow o o d o b r e j o d p o rn o ś c i k o r o z y j n e j .

Cynkowanie z a n u rz e n io w e j e s t o b e c n ie n a j c z ę ś c i e j sto so w a n ą te c h n o lo g i ą w ytw arzania pow łok m e talo w y ch s ta n o w ią c y c h o c h ro n ę p r z e d k o r o z j ą . Techno­

logia t a j e s t sto sunkow o d o b rz e z n a n a . P ow łoki alu m in io w eo trzy m y w an e m etodą m e t a l i z a c j i z a n u rz e n io w e j w y k az u ją 2 -3 r a z y w ię k s z ą o d p o rn o ść na k o r o z ję atm o sfe ry c z n ą n i ż p o w ło k i cynkow e, d o b rą o d p o rn o ść na d z i a ł a n i e związkćw s i a r k i , wody m o r s k ie j o r a z o d p o rn o ść na k o r o z ję w podw yższonych te m p e ra ­ tu ra c h [ i ] . T e c h n o lo g ia a lu m in io w a n ia :z p u n k tu w id z e n ia te c h n ic z n e g o je s t t r u d n i e j s z a n i ż cy n k o w a n ia, co zw ią za n e j e s t g łó w n ie z te m p e r a tu r ą k ą p i e li do a lu m in io w a n ia , k t ó r a n a j c z ę ś c i e j w ynosi od 700 do 760°C.

P ow łoki otrzym yw ane sposobem zanurzeniow ym w k ą p i e l i alum inium z cyn­

kiem ł ą c z ą z a l e t y pow łok cynkowych i a lu m in io w y c h . W ykazują d o b rą o d p o r­

ność na k o r o z ję a tm o s f e r y c z n ą porów nyw alną z powłokam i alum iniow ym i.

W a tm o s f e r a c h i m o r s k i e j , p rz e m y sło w e j i w i e j s k i e j p o w ło k i alu m in io w o -c y n ­ kowe s ą l e p s z e ; od pow łok cynkowych o podobnych g r u b o ś c ia c h i za p ew n ia­

ją p o d o b n ie j a k p o w ło k i cynkow e, p r o te k to r o w a n ą o c h ro n ę k ra w ę d z i i n i e ­ c i ą g ł o ś c i p o k r y c i a . T em p eratu ra p r o c e s u j e s t n i ż s z a o 50-100°C od a lu m i­

niow ania z a n u rz e n io w e g o .

B adania nad opracow aniem t e c h n o l o g i i w y tw a rz a n ia powłok w k ą p i e l i A l-Zn-S i wykonano w I n s t y t u c i e I n ż y n i e r i i M a te ria ło w e j P o l i t e c h n i k i Ś lą ­ s k i e j . D o ty c z y ły one typow ych b a d a ń te c h n o lo g ic z n y c h m a jąc y ch na c e lu opracow anie t e c h n ic z n e z a ło ż e ń w y tw a rz a n ia pow łok A l-Z n, b a d a n ia i c h od­

p o rn o śc i k o r o z y j n e j , w ła s n o ś c i p l a s ty c z n y c h o r a z o p rac o w a n ie t e c h n o l o g i i ich ł ą c z e n i a . P rzep ro w ad zo n e p r a c e d o p ro w a d z iły do u z y s k a n ia w ie lo w a rstw o ­ wych pow łok alu m in io w o -cy n k o w y ch , rów nom iernych i c i ą g ł y c h , k tó r y c h g ru ­ bość j e s t z a le ż n a | od p ara m etró w m e t a l i z a c j i . P r z e d łu ż e n ie c z a s u m e t a l i ­ z a c j i, n i e z a l e ż n i e od sk ład u k ą p i e l i , powoduje w z ro s t c a łk o w ite j g r u b o ś c i powłok. W zrost z a w a r to ś c i cynku w k ą p i e l i do m e t a l i z a c j i p r z y c z y n ia s i ę do spadku g r u b o śc i c a łk o w it e j powłok oraz z m n ie js z a grubość p o s z c z e g ó l­

nych w arstw . Warstwę p r z y le g a j ą c ą do p o d ło ż a tw orzą zw ią zk i m ięd zy m eta li­

czne ż e la z a z alum inium , w k tó r y ch ro zp u szczo n y j e s t w n ie w ie lk ic h

152 S. L a lik

i l o ś c i a c h krzem . P o w ie rz c h n i# w arstw y s ta n o w i s to p alum inium z cynkiem o nierów nom iernym s k ł a d z i e .

O pracow anie o sz c z ę d n o śc io w y c h pow łok alum iniow o-cynkow ych wymaga o k r e ś l e n i a warunków te c h n o lo g ic z n y c h z g rz e w a n ia oporow ego punktow ego b la c h m e talizo w a n y ch o r a z o k r e ś l e n i a w ła s n o ś c i z ł ą c z . Aby z r e a liz o w a ć to z a d a n ie , p rzep ro w ad zeń b a d a n ia w ła s n o ś c i m e c h a n icz n y ch p o łą c z e ń , o b s e r ­ w acje s t r u k t u r y o r a z t e s t o d p o rn o ś c i k o r o z y jn e j z g r z e i n .

M a te r ia ł do b ad a ń

B a d an ia p rzeprow adzono na p r ó b k a c h wykonanych z b l a c h ze s t a l i 08X o g r u b o ś c i 1 mm pow lekanych z a n u r z e n io w o stope m z a w ie r a j ą c y m 58% alum inium, 40% cynku i 2% krzemu. D y fu z y jn ą powłokę n a n i e s i o n o w k ą p i e l i o te m p e r a ­ t u r z e 620° C m e t a l i z u j ą c p r z e z 120 s i u z y s k u j ą c w arstw y o g r u b o ś c i od 40 do 60 n n z k a ż d e j s t r o n y b l a c h y .

B ad an ia w ła s n o ś c i m e ch an iczn y ch z ł ą c z

P rzy d o b o rze para m etró w z g rz e w a n ia w y k o rz y sta n o z a l e c e n i a M iędzynaro­

dowego I n s t y t u t u S p aw aln ictw a d o ty c z ą c e z g rz e w a n ia b la c h a lu m in io ­ w ych. W s z c z e g ó ln o ś c i d o b ran o s i ł ę d o c is k u o w i e l k o ś c i n i e p o w o d u jąc ej tr w a ły c h o d k s z ta ł c e ń b la c h w ię k s z y c h od 20% i c h g r u b o ś c i , ś r e d n i c ę c z ę ś c i r o b o c z e j e l e k tr o d y ć - = ? g ( g - g ru b o ś ć b la c h y ) o r a z zapew niono i n t e n ­

sywne c h ło d z e n ie e l e k t r o d . Z łą c z a ( t y p s z ł ą c z a za k ła d o w e ) wykonano na z g rz e w a rc e p u nktow ej Z P a-80.

Ea p o d s ta w ie p ró b w stę p n y c h p r z y j ę t o n a s t ę p u j ą c e p a r a m e tr y s t a ł e i p rą d z g rz e w a n ia 7 ,5 kA p r z y n a p i ę c i u s t r o n y w tó r n e j 0 ,6 V ,d o c is k e l e k tr o d 1650H o ra z c z a s y - w stę p n y 0 ,6 4 s i końcowy 0 ,1 2 s . W arto ść s k u te c z n ą p rą d u z g rz e w a n ia m ie rzo n o p rz y rz ą d e m P p-7d p r o d u k c j i I n s t y t u t u S p aw aln i­

ctw a a G liw ic a c h , Czas p rz e p ły w u p rą d u z g rz e w a n ia b y ł zm ienny i w y n o sił 0^,1 6, 0 ,2 0 i 0 ,2 4 a .

Dla wykonanych z ł ą c z punktowych p rz e p ro w ad z o n o b a d a n i a i c h w ł a s n o ś c i m e ch a n icz n y ch s t o s u j ą c s t a t y c z n ą p r ó b ę ś c i n a n i a (wg EN-74/M -69782) o r a z t e c h n o l o g i c z n e p ró b y w y łu s k iw a n ia i s k r ę c a n i a z g r z e i n (wg B R -7 5 /4 1 4 4 -0 2 ).

Wyniki p r z e p ro w a d z o n y c h b ad a ń p r z e d s t a w i n o w t a b l i c y 1.

Otrzym ane w y n ik i b ad a ń w s k a z u ją , śe p r z y u s ta lo n y c h p o z o s ta ł y c h p a r a ­ m e tra c h , aby u z y sk a ć wymagane w ła s n o ś c i m ech a n icz n e z ł ą c z zgrzew anych o ra z zapew nić p o w ta r z a ln o ś ć wyników, wymagane j e s t aby p rz e p ły w p rą d u z g rz ew an ia tr w a ł 0 ,2 4 s . K ró ts z e c z a s y p rz e p ły w u p rą d u n i e z a p e w n ia ją p o w ta r z a ln o ś c i w yników, p r z y czym p rz y n a jk ró ts z y m z a n a liz o w a n y c h c z a ­ sów (0 ,16 ^{s )} n a s t ę p u j e je d y n ie p r z e t o p i e n i e p o w ło k i.

Zgrzewanie punktow e.. ₁₅₃

T a b lic a 1 Wyniki b a d a ń w ła s n o ś c i m e ch a n ic z n y c h z ł ą c z zgrzew anych punktowo

Czas p r z e ­ pływ u p rą d u

W

Humer zg rz ein y

ś c i n a n i e W yłuskiw anie S k rę c a n ie

s i ł a n i ­ s z c z ą c a [daN ]

m ie js c e z n i s z c z e ­

n i a

m ie js c e z n i s z c z e n ia

1 370 ZG ZG ZG

2 280 ZO ZG ZG

0, 16 3 320 ZG ZG ZG

4 330 ZG ZG ZG

5 330 ZG ZG ZG

1 495 MR w y łu s k a n ie MR

2 465 MR ZG

0 ,2 0 3 485 MR ZG ZG

4 460 MR ZG ZG

5 470 MR ZG MR

1 515 MR w y łu s k a n ie MR

2 495 MR MR

0 ,2 4 3 525 MR ^— 1» — MR

4 510 MR ^— ** — MR

5 520 MR ^{— n —} MR

MR - m a te r ia ł ro d zim y ZG - z g rz ein a

Twardość na p r z e k r o j u poprzecznym z g r z e in o k r e ś lo n o p r z e z w ykonanie pom iarów metodą V ic k e r s a p r z y o b c ią ż e n iu - 2H. Wybór o b c i ą ż e n ia w y n ik a ł z m ałych rozmiarów s t r e f y wpływu c i e p ł a . R o zk ład tw a r d o ś c i w p o s z c z e g ó l­

n y ch s t r e f a c h z ł ą c z a wykonanego p r z y c z a s i e p rz e p ły w u p rą d u z g rz e w a n ia równym 0 ,2 4 a p r z e d s ta w io n o na r y s . 1 .

Podobne w a rto ś c i t w a r d o ś c i w z d łu ż l i n i i p o m ia ru s tw ie rd z o n o w p o z o s ta ł y c h a n a lizo w an y ch z ł ą c z a c h . P om iary w y kazały w z r o s t tw a r d o ś c i w z g r z e in a c h i s t r e f i e wpływu c i e p ł a w s to s u n k u do m a t e r i a ł u z g rz ew an e g o . P r z y r o s t tw a r ­ d o ś c i związany j e s t ze zmianami str u k tu r y zachodzącym i pod wpływem c i e ­ p ła zgrzewania ora z d o c isk ie m e le k tr o d z g r z e w a r k i.

J5 4 ________________________________________________________________ S . Ł a lik

Rye.1 R ozkład tw a r d o ś c i z m ie rz o n e j m etodą V ic k e rs a na p r z e k r o j u p o p rz e ­ cznym z łą c z a zgrzw anego

F ig , 1 V ic k e rs h a r d n e s s d i s t r i b u t i o n on t h e t r a n s v e r s e c r o s s s e c t i o n o f th e s p o t- w e ld e d j o i n t

R y s.2 S tr u k t u r a s t r e f y wpływu c i e p ł a F i g . 2 An exam ple o f th e HAZ m i c r o s t r u c t u r e

R y s .3 S t r u k t u r a z g r z e in y F i g . 3 M ik r o f itr u c tu r e o f th e w eld

Zgrzewanie p u n k to w e ... 155

Badania m e ta l o g r a f i c z n e

O b serw acje m ak ro - i m ikroskopow e p rzep ro w ad zo n o na z g ła d a c h m e ta lo ­ g r a f ic z n y c h tr a w io n y c h w n i t a l u . B ad an ia m akroskopowe n i e u ja w n iły o b e­

cności wad w z ł ą c z u . A n a liz ę m i k r o s t r u k t u r y wykonano na m ik ro s k o p ie MeF-2 przy p o w ię k s z e n ia c h od 100 do 600 r a z y . M ik r o s tr u k tu r y p o s z c z e g ó ln y c h obszarów z ł ą c z a p r z e d s ta w io n o na r y s . 2 - 5 . W s t r e f i e wpływu c i e p ł a n a s t ą ­ p ił z a n ik pasm ow ości s t r u k t u r y , r o z d r o b n i e n i e z i a r n o r a z z w ię k sz e n ie il o ś c i f a z y p e r l i t y c z n e j ( r y s . 2 ) .

R y s .4 S t r u k t u r a z ł ą c z a , w k tó ry m n i e n a s t ą p i ł o p r z e t o p i e n i e b la c h F ig . 4 A w e l d - j o i n t w ith o u t m e ltin g th ro u g h

R y s .5 P r z e t o p i e n i e pow łok w o b s z a r z e p r z y z g r z e i n i e F i g . 5 Al c o a t i n g p a r t a l l y f u s e d a t th e w eld

156 S . Ł a l l 1t

R y s.6 R o zk ład alum inium ( l i n i a g ó r n a ) i cynku ( l i n i a d o ln a ) w zdłuż l i n i i a n a l i z y w s t r e f i e wpływu c i e p ł a z łą c z a

F i g . 6 Aluminium ( t o p l i n e ) and z i n c (b o tto m l i n a ) d i s t r i b u t i o n a t t h e HAZ

Z g rz e in a m ia ła s t r u k t u r ę c h a r a k t e r y s t y c z n ą d la t e j s t r e f y z łą c z a ( r y s . 3 ).

W z ł ą c z a c h wykonanych p rz y c z a s i e p rz e p ły w u p rą d u 0 ,1 6 s n i e stw ie rd z o n o p r z e t o p i e n i a b la c h ( r y s . 4 ) . W o k o lic a c h z g r z e in y , w m ie js c u s ty k u b la c h w s z y s tk ic h b ad a n y ch z ł ą c z s tw ie rd z o n o p r z e t o p i e n i e w arstw y p o w ie r z c h n io ­ wej ( r y 8 . 5 ) , co pow inno zap ew n ić d o b rą o d p o rn o ść k o r o z y jn ą b la c h w m ie j­

sc u z g rz e w a n ia .

R o zk ład p ie rw ia s tk ó w w m ie js c u s ty k u b la c h w o b s z a r z e s t r e f y wpływu c i e p ł a o k r e ś lo n o m etodą m ik r o a n a liz y r e n tg e n o w s k ie j . A n a liz ę t ę wykonano na u r z ą d z e n iu JXA-50A firm y JEOL. O k re ślo n o r o z k ła d alu m in iu m , cyn k u , krhemu i ż e la z a w pow łoce i p r z y p o w ie r z c h n i b l a c h . Wybrane w y n ik i a n a l i ­ zy w p o s t a c i r o z k ła d u lin io w e g o alu m in iu m i cynku p r z e d s ta w io n o na r y s . 6 . B adania w y k a z a ły 'c i ą g ło ś ć p o w ło k i w tym o b s z a r z e o r a z j e j warstwowy c h a r a k t e r . W arstwę p r z y l e g a j ą c ą do p o w ie rz c h n i b la c h y tw o rz ą m ię d z y m e ta li­

czne z w ią z k i ż e la z a z a lu m in iu m , w k tó r y c h ro z p u s z c z o n y j e s t w n i e w i e l ­ k i c h i l o ś c i a c h cynk (3 ,5 -5 ,-3 % ) o r a z krzem ( 3 - 6 $ ) . W arstwa ze w n ę trz n a - to s t o p A l-Z n -S i o nierów nom iernym r o z k ł a d z i e p ie r w ia s tk ó w .

Odporność k o r o z y j n a z ł ą c z

T e s t o d p o r n o ś c i k o r o z y j n e j o bsz arów z g r z e i n p r z e p ro w ad z o n o za pomocą p r ó b y z a n u r z a n i a z ł ą c z w 3% r o z t w o r z e wodnym KaCl w u r z ą d z e n i u z a n u r z e - niowo-naciekowym. B a dania p rze prow adz ono w t e m p e r a t u r z e 35°C s t o s u j ą c c y k l 30 a w r o z t w o r z e i ; 0 s nad r o z tw o re m , c z a s p ró b y 200 h . O bserw acje makroskopowe p r ó b e k prowadzone co 24 h o r a z po z a k o ń c z e n iu t e s t u , k ie d y t o u s u n i ę t o p r o d u k t y k o r o z j i w y k a z a ły , że w c z a s i e p ró b y na p o w ie r z ­ c h n i b la c h o r a z w m ie js c a c h z g r z e w a n i a tw o rz y s i ę pasywna w arste w k a p r o ­ duktów k o r o z j i .

Zgrzewanie punktow e.. ₁₅₇

N ie stw ierdzono o b e c n o ś c i tle n k ó w ż e la z a w o b s z a r z e z ł ą c z zarówno na p o w ie rz c h n i, j a k i n a s ty k u b la c h ., co p ozw ala na s t w i e r d z e n i e , że z g r z e ­ w anie n ie p o g a rsz a o d p o r n o ś c i k o r o z y jn e j b ad a n y ch b l a c h .

Podsumowanie

Na podstaw ie wyników p rz e p ro w a d z o n y c h b a d a ń można s t w i e r d z i ć , żet - zasto so w an ie w ła ś c iw y c h p ara m etró w z g rz e w a n ia u m o ż liw ia u z y s k a n ie z ł ą c z

zgrzewanych punktow o z b la c h m e ta liz o w a n y c h z a n u rzen io w o a s t o p i e A l-Z n -S i o w y so k ic h w ła s n o ś c ia c h m e c h a n ic z n y c h ,

- z łą c z a wykonane w edług o p ra c o w a n e j t e c h n o l o g i i s ą w olne od w ad, co po­

tw ie r d z iły b a d a n ia m e t a l o g r a f i c z n e i p ró b y te c h n o l o g i c z n e .

LITERATURA

£ l 3 P iątek A ., L a ry s z H ., Tomanek R. t Z anurzeniow e n a k ł a d a n ie powłok ze stopu Zn-A l na s t a l . "O chrona p r z e d k o r o z j ą " 1984, n r 1 .

¡"23 Towsend M .E ., Zocoda T .C .j M a t e r i a l P e rfo rm a n c e , t . 1 8 , 1979, n r 10, e . 13-2 0.

Q33 Dolc* I W 1 1 1 -7 1 5 -8 2 R e s i s t a n c e S p o t W elding o f H o t-d ip A lu m in ise d S tee l S h e e t.

SPOT WELDING OP STEEL SHEETS HOT-DIP COVERED WITH A l-Z n -S l ALLOY

S u m m a r y

Spot-w elded j o i n t s o f 08X s t e e l s h e e t s , d ip c o e te d w ith on a l l o y con­

t a i n i n g 58% A l, 40% Zn and 2% S i w ere t h e s u b j e c t s o f t h i s w ork. The w or­

ked —o u t c o a tin g and s p o t —w e ld in g te c h n iq u e s w ere d e s c r ib e d and th e s o o t - w ele d j o i n t s m e c h a n ic a l p r o p r t i e s a s w e l l a s t h e r e s u l t s o f o p t i c a l m i- k r o s c o p ic o b s e r v a tio n s and c o r r o s i o n t e s t w ere p r e s e n t e d . I t was c o n f i r ­ med t h a t good j o i n t s a r e o b t a i n a b l e w ith o u t any d e t e r i o r a t i o n o f c o r r o ­ s io n r e s i s t a n c e .

TOCHHOE OBAPKA CTAJILHHX METAJUIH3HP0MHHHX JMCIOB TOFEHHAH nOrPYKEHHai B PACIOABE A l - Z n - S i

P e a m u e

B c ia iŁ e npeflotaaaeHH p e s y m n a i u accaeaoB aH za i o u h o cBapuBaeuux b b o b

ciajibHH i jihctos 08X nOKpuBaemnc co g epa aąKMg 58% a u w a i a , 40% nzHxa a 2%

K peusjta. nogaHH nepeuym eciBa paspaootaHHOfi b HHCTHiyre HmxesepHK MaiepazoB npesctasAeHH c-Bapas a za x x e p e p y a s a iu omeioB z seH onorxa ax c B a p ia , Hpeg- czaBJteam uexaHSvecKze cBOttcTBa CBapBBaeioir b b o b

,

s e c x a x u xopoazoBBmc Hccse&BBaHHS« Q n p ejex esa b o i m o x h o c t b BO xyseHu t o w h o

omapEBaeiux b b o b o xoposeft xoporaeHHOft cToibcoc?uo.