RU2243071C2 - Method for contact spot welding of zinc-plated steel sheets - Google Patents

Abstract

FIELD: processes and equipment for contact spot welding, namely for welding zinc-plated steel sheets used in automobile manufacture for enhancing corrosion resistance of steel sheets.

SUBSTANCE: method comprises process of two-stage welding. At first stage zinc coating is deformed and removed from welding zone due to applying preliminary electric current pulse for heating surface until temperature higher than zinc melting temperature but lower than temperature of forming welded spot. Then main electric current pulse is applied for forming welded spot. Optimal modes of welding current and pulse duration are determined experimentally for pilot lot of parts with use of indicating device. Determined modes are used for welding lot of parts with equivalent thickness of coating.

EFFECT: high-quality welded joint, enhanced degree of removing zinc coating from steel sheets.

2 cl, 3 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к области сварки, преимущественно к контактной точечной сварке и может быть использовано для сварки горячеоцинкованных стальных листов, использованных в автомобилестроении для повышения коррозийной стойкости стального листа.The alleged invention relates to the field of welding, mainly to resistance spot welding and can be used for welding hot-dip galvanized steel sheets used in the automotive industry to increase the corrosion resistance of steel sheets.

В настоящее время при точечной сварке оцинкованных стальных листов с целью повышения качества сварных соединений, стойкости электродов используют способы сварки, которые включают стадии удаления покрытия из зоны сварки и формирования сварной точки. На первой стадии пытаются уменьшить толщину покрытия в точке сварки, так как вполне очевидно, что чем меньше толщина цинкового покрытия на поверхности стали, тем лучше ее свариваемость и выше качество сварных соединений.Currently, in spot welding of galvanized steel sheets in order to improve the quality of welded joints and the resistance of electrodes, welding methods are used that include the steps of removing the coating from the welding zone and forming a weld point. At the first stage, they try to reduce the thickness of the coating at the weld point, since it is obvious that the smaller the thickness of the zinc coating on the surface of the steel, the better its weldability and higher quality of welded joints.

Известен способ контактной точечной сварки, при котором размягчают и деформируют покрытие путем подачи предварительного импульса тока через сжатые между электродами детали, см. заявку Японии №59-21273, кл. В 23 К 11/16, 1984 г.A known method of contact spot welding, in which soften and deform the coating by applying a preliminary current pulse through the parts compressed between the electrodes, see Japanese application No. 59-21273, class. B 23K 11/16, 1984

Недостатком этого способа является то, что при деформации покрытия происходит, в лучшем случае, уменьшение толщины покрытия, а основная часть покрытия остается в зоне контактов электрод-деталь и деталь-электрод. Это не обеспечивает надлежащее качество свариваемых деталей и приводит к увеличению операционного времени.The disadvantage of this method is that when the coating is deformed, at best, the coating thickness decreases, and the main part of the coating remains in the contact zone of the electrode-part and part-electrode. This does not ensure the proper quality of the welded parts and leads to an increase in operating time.

Названный выше недостаток устраняется патентом РФ №2066264, кл. В 23 К 11/10, 1996 г., авторы: А.В. Вакатов и Ю.С. Данилов.The above disadvantage is eliminated by RF patent No. 2066264, cl. In 23 K 11/10, 1996, authors: A.V. Vakatov and Yu.S. Danilov.

При этом способе поверхность листов нагревают до температуры плавления цинкового покрытия, повышая его пластичность и возможность удаления значительной части из зоны сварки электрод-деталь и деталь-деталь под действием прикладываемого усилия на электроды. Это решение позволяет сократить операционное время, осуществить процесс сварки в две стадии: деформация и удаление покрытия, получение сварной точки.In this method, the surface of the sheets is heated to the melting temperature of the zinc coating, increasing its ductility and the ability to remove a significant part from the welding zone of the electrode-part and part-part under the action of the applied force on the electrodes. This solution allows to reduce operating time, to carry out the welding process in two stages: deformation and removal of the coating, obtaining a weld point.

Недостатком этого способа является то, что при удалении покрытия из зоны контактов электрод-деталь и деталь-деталь цинковое покрытие будет располагаться по периферии контактов, образуя “валик” вокруг электродов, а это приводит к тому, что при выполнении второй стадии сварки, с образованием сварной точки, произойдет увеличение площади контактов и уменьшение плотности тока, что приведет к необходимости увеличения режимов сварки.The disadvantage of this method is that when the coating is removed from the contact zone of the electrode-part and part-part, the zinc coating will be located on the periphery of the contacts, forming a “roller” around the electrodes, and this leads to the fact that when performing the second stage of welding, with the formation weld point, there will be an increase in contact area and a decrease in current density, which will lead to the need to increase the welding conditions.

Кроме того, по известному способу отсутствует какая-либо информация о наличии остатков цинкового покрытия в зоне сварки, отсутствует контроль за качеством очистки поверхности стального листа, что негативно может сказаться на качестве получения сварного ядра, на прочности и надежности сварного соединения.In addition, according to the known method, there is no information about the presence of zinc coating residues in the welding zone, there is no control over the quality of cleaning the surface of the steel sheet, which can negatively affect the quality of the weld core, the strength and reliability of the welded joint.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и получение надежного качества сварного соединения с большей степенью вероятности очистки стальных листов от цинкового покрытия.The aim of the present invention is to remedy these disadvantages and obtain reliable quality of the welded joint with a greater degree of probability of cleaning steel sheets from zinc coating.

Ниже приведена сущность предложенного способа, позволяющего реализовать поставленные цели.The following is the essence of the proposed method, which allows to achieve the goals.

На фиг.1 в таблице приведены сравнительные анализы физического состояния покрытия при использовании рассматриваемых способов (аналог-патент Японии, прототип - патент РФ и предложенный способ - по заявке).Figure 1 in the table shows comparative analyzes of the physical state of the coating when using the considered methods (analogue-patent of Japan, the prototype is a patent of the Russian Federation and the proposed method is on request).

На фиг.2 приведена реализованная циклограмма режимов сварки, т.е. получение сварной точки (в левой части циклограммы “пунктиром” показаны режимы установочных режимов на опытной партии деталей).Figure 2 shows the implemented sequence diagram of welding modes, i.e. obtaining a weld point (on the left side of the cyclogram, “dashed lines” show the modes of setting modes on the experimental batch of parts).

Заявленный способ контактной точечной сварки оцинкованных стальных листов, при котором деформируют и удаляют цинковое покрытие из зоны сварки путем передачи предварительного импульса тока через сжатые между электродами детали, затем подают основной импульс тока до образования сварной точки, характеризуется тем, что, с целью повышения качества сварки, расширения технологических возможностей и снижения расхода электроэнергии, удаление покрытия из зоны сварки осуществляют путем расплава цинка при нагреве поверхности выше температуры плавления цинка, но ниже температуры образования сварной точки.The claimed method of contact spot welding of galvanized steel sheets, in which the zinc coating is deformed and removed from the welding zone by transmitting a preliminary current impulse through the parts compressed between the electrodes, then the main current impulse is applied until a weld point is formed, characterized in that, in order to improve the quality of welding , expanding technological capabilities and reducing energy consumption, removing the coating from the welding zone is carried out by zinc melt when the surface is heated above temperature lavleniya zinc, but below the temperature of formation of the nugget.

Сравнительный анализ (фиг.1) физического состояния покрытий при использовании различных способов контактной точечной сварки стальных листов с цинковым покрытием показывает, что, по патенту Японии, происходит размягчение и деформация цинкового покрытия, при этом удаление покрытия из зоны контактов происходит частично, (графы: стадия I, зона контакта), по патенту РФ, происходит деформация и удаление, по периферии электрода образуется “валик” деформируемого покрытия, уменьшается плотность тока, требуется увеличение режимов для проведения стадии II, отсутствует контроль о наличии цинкового покрытия, по заявке, происходит вытеснение расплава. Режимы сварки оптимальные.A comparative analysis (Fig. 1) of the physical state of the coatings using various methods of contact spot welding of zinc-coated steel sheets shows that, according to the Japanese patent, softening and deformation of the zinc coating occurs, while the coating is partially removed from the contact zone (columns: stage I, contact zone), according to the patent of the Russian Federation, deformation and removal occurs, a “roller” of the deformable coating is formed on the periphery of the electrode, the current density decreases, an increase in the modes is required for stage II, there is no control about the presence of a zinc coating, according to the application, the melt is displaced. Welding modes are optimal.

Очевидно, что на стадии I - различие в температуре нагрева поверхности и способе удаления покрытия, на стадии II - различие в режимах сварки, качестве и надежности сварного соединения. Таким образом заявленное решение обладает новизной патентоспособных признаков и полезностью. Сварка производится при оптимальных режимах.It is obvious that at stage I there is a difference in the surface heating temperature and the method of removing the coating, at stage II there is a difference in the welding modes, quality and reliability of the welded joint. Thus, the claimed solution has the novelty of patentable features and usefulness. Welding is performed under optimal conditions.

Эффект от использования заявленного способа и выбор оптимальных режимов сварки повысится, если способ будет реализован по результатам подбора режимов сварки на опытной партии деталей с последующим использованием рекомендованных режимов для деталей промышленной серии. При этом отсутствие цинкового покрытия в зоне сварки для выбора оптимальных режимов обеспечивают путем применения раствора сернокислой меди. В этом случае следует считать, что сварка проведена с оптимальными режимами, если в процессе индикации окраска осажденной меди в зоне контакта (сварки) имеет ярко-красный цвет. Если цвет в зоне контакта имеет ярко-розовую окраску, это означает, что покрытие удалено не полностью и процесс удаления покрытия следует повторить на очередной опытной детали с увеличением силы тока и/или длительности его импульса.The effect of using the claimed method and the selection of optimal welding modes will increase if the method is implemented according to the selection of welding modes in an experimental batch of parts, followed by the use of recommended modes for parts of the industrial series. In this case, the absence of a zinc coating in the welding zone for the selection of optimal conditions is ensured by the use of a solution of copper sulfate. In this case, it should be considered that welding was performed with optimal conditions if, during the indication process, the color of the deposited copper in the contact (welding) zone is bright red. If the color in the contact zone has a bright pink color, this means that the coating is not completely removed and the coating removal process should be repeated on the next experimental part with an increase in current strength and / or pulse duration.

По результатам подбора оптимальных режимов сварки, процесс сварки и его режимы распространяют на промышленную партию деталей.According to the results of selecting the optimal welding conditions, the welding process and its modes are distributed to an industrial batch of parts.

На фиг.2 приведена циклограмма сварки стальных оцинкованных листов, на которой с левой стороны показаны режимы для удаления расплава покрытия (пунктиром подбор режимов на опытной партии), слева - направо - временная пауза и режимы образования сварной точки.Figure 2 shows the sequence diagram of welding of galvanized steel sheets, which on the left side shows the modes for removing the melt of the coating (dashed line is the selection of modes on the experimental batch), from left to right - a temporary pause and modes of formation of the weld point.

Проводим исследование процесса контактной точечной сварки стали 08Ю толщиной 0,8 мм с двухсторонним горячекатанным покрытием толщиной 12 мкм на пробной партии деталей. Через собранный внахлестку образец пропускаем ток, при котором сварочная точка еще не образуется, т.е. моделируем (имитируем) первую стадию процесса. Повышаем сварочный ток и наблюдаем за поведением цинкового покрытия. Поведение цинкового покрытия при этом можно представить в виде следующей блок-схемы (фиг.3).We study the process of resistance spot welding of 08Yu steel 0.8 mm thick with a double-sided hot-rolled coating 12 μm thick on a test batch of parts. We pass a current through a lap-shaped sample, at which a welding spot has not yet formed, i.e. we model (imitate) the first stage of the process. We increase the welding current and observe the behavior of the zinc coating. The behavior of the zinc coating can be represented in the form of the following block diagram (Fig.3).

Поведение цинкового покрытия при повышении сварочного тока проходит известные стадии: размягчение и деформация -аналог; деформация и удаление - прототип; плавление и удаление -заявка. То есть очевидна разница в способах на первой стадии. Общим для всех рассматриваемых способов является процесс образования сварной точки.The behavior of the zinc coating with increasing welding current goes through the known stages: softening and deformation -analogue; deformation and removal - prototype; melting and disposal - application. That is, the difference in the methods in the first stage is obvious. Common to all considered methods is the process of forming a weld point.

В соответствии с решением по заявке величину сварочного тока и температуру нагрева поверхности повышают до полного расплава и удаления цинкового покрытия из зоны сварки. Наличие (отсутствие) его в зоне сварки проверяют раствором сернокислой меди. О степени вытеснения покрытия из зоны контакта судят по цвету осаждаемой из раствора меди. Ярко-красный цвет свидетельствует об отсутствии цинкового покрытия в зоне сварки. Фиксируют выбранную величину тока для проведения процесса на серийной партии. Далее фиксируют величину сварочного тока для данной толщины деталей с дальнейшим использованием установленного тока на серийных деталях.In accordance with the decision on the application, the magnitude of the welding current and the surface heating temperature are increased to melt completely and remove the zinc coating from the welding zone. The presence (absence) of it in the welding zone is checked with a solution of copper sulfate. The degree of displacement of the coating from the contact zone is judged by the color of the copper deposited from the solution. A bright red color indicates the absence of a zinc coating in the weld zone. The selected current value is fixed for carrying out the process on a serial batch. Next, the value of the welding current for a given thickness of the parts is fixed with the further use of the set current on serial parts.

Экспериментально для указанной партии деталей установлены следующие режимы сварки:Experimentally for the specified batch of parts, the following welding modes were established:

1. Ток сварки на 1-й стадии - 11,5 кА.1. Welding current at the 1st stage - 11.5 kA.

2. Время протекания тока на 1-й стадии - 5 периодов.2. The current flow time at the 1st stage is 5 periods.

3. Время паузы - 20 периодов.3. Pause time - 20 periods.

4. Ток сварки на 2-й стадии - 13,5 кА.4. Welding current at the 2nd stage - 13.5 kA.

5. Время протекания тока на 2-й стадии - 10 периодов.5. The current flow time at the 2nd stage is 10 periods.

6. Сварочное усилие на электродах - 2,5 кН.6. The welding force on the electrodes is 2.5 kN.

По сравнению с традиционными способами сварки предложенный способ позволяет существенно повысить качество сварных соединений оцинкованной стали, т.к. достигается эффект “зонной” очистки поверхности вытеснением расплава цинка. При этом происходит повышение стойкости электродов в 2,5 раза, увеличивается коэффициент выплеска в 1,5 раза, а также стабильность и “устойчивость” процесса сварки.Compared with traditional welding methods, the proposed method can significantly improve the quality of welded joints of galvanized steel, because the effect of “zone” surface cleaning is achieved by displacing the zinc melt. In this case, the resistance of the electrodes is increased by 2.5 times, the surge coefficient is increased by 1.5 times, as well as the stability and “stability” of the welding process.

Таким образом предложенным способом установлено, что при контактной точечной сварке тонколистовой стали с двухсторонним горячеоцинкованным покрытием толщиной 12 мкм происходит вытеснение покрытия из зоны контактов электрод-деталь и деталь-деталь пропорционально увеличению сварочного тока. Способ основан за счет рационального построения термодеформационного цикла сварки, что позволяет повысить качество сварных соединений оцинкованной стали.Thus, by the proposed method, it was found that in the spot welding of thin-sheet steel with a hot dip galvanized double-sided coating with a thickness of 12 μm, the coating is displaced from the contact zone of the electrode-part and part-part in proportion to the increase in welding current. The method is based on the rational construction of the thermodeformational welding cycle, which improves the quality of welded joints of galvanized steel.

Claims (2)

1. Способ контактной точечной сварки оцинкованных стальных листов, при котором деформируют и выдавливают цинковое покрытие из зоны сварки путём подачи предварительного импульса тока для нагрева поверхности выше температуры плавления цинка, но ниже температуры образования сварной точки, и затем подают основной импульс тока до образования сварной точки, отличающийся тем, что сначала экспериментальным путём на опытной партии деталей определяют оптимальные показатели сварочного тока и длительность импульса для полного удаления толщины покрытия, используя средства индикации, свидетельствующие о наличии или отсутствии в зоне сварки цинкового покрытия, и установленные режимы используют для сварки рабочей партии деталей с эквивалентной толщиной покрытия.1. The method of contact spot welding of galvanized steel sheets, in which the zinc coating is deformed and squeezed out of the welding zone by applying a preliminary current pulse to heat the surface above the melting point of zinc, but below the temperature of the weld point, and then the main current pulse is applied until the weld point is formed , characterized in that at first experimentally on the experimental batch of parts determine the optimal welding current and pulse duration to completely remove the thickness PTFE coating using the indicating means indicating the presence or absence in the welding zone of the zinc coating, and set modes are used for welding work batch items with an equivalent coating thickness. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средств индикации используют раствор сернокислой меди, а о наличии цинкового покрытия в зоне сварки судят по степени яркости осаждённой меди.2. The method according to claim 1, characterized in that a copper sulfate solution is used as an indication means, and the presence of a zinc coating in the welding zone is judged by the degree of brightness of the deposited copper.

Images