Trip Çeliklerin Kaynaklanabilirliğini İyileştirme

TRIP (Dönüşüm Kaynaklı Plastisite) çelikleri, yüksek mukavemet ve sünekliğin istisnai bileşimi nedeniyle son yıllarda otomotiv endüstrisinde önemli bir ilgi haline geldi. Direnç punta kaynağı, otomotiv endüstrisindeki sac çelikler için ana birleştirme yöntemidir. TRIP çeliklerinin yüksek karbon içeriği, bu birleştirme işlemleriyle ilişkili hızlı kaynak soğutma hızları ile birleştiğinde, kaynakta yüksek sertlik seviyelerine (600HV'ye kadar) yol açar. Bu tür kaynaklar kayma gerilimine maruz kaldığında, yüksek bir bağlantı mukavemeti elde edilebilir. Bununla birlikte, kaynaklar sıyrılma veya gerilme gerilimine maruz bırakıldığında, tabakalar arasındaki arayüz bir çentik görevi görür ve çok sert kaynak külçesi nedeniyle normalde kırılgan arayüz kırığı gözlemlenir. Doğrudan bir sonuç olarak, kaynağın gücü azalır.

Soğutma oranlarını kontrol etmek için uzun kaynak süreleri ve kaynak sonrası temperleme gibi modifiye edilmiş dirençli nokta kaynağı programları, bazı yüksek mukavemetli çeliklerde kaynak kırılganlığını azaltmak için önerilmiştir. Bu yaklaşımlar, kaynakta daha sünek bir mikro yapı elde edilecek şekilde, kaynak sonrası soğutma oranını düşürmeyi veya kaynağı temperlemeyi amaçlamaktadır. Birbirine benzemeyen çeliklerin punta kaynağında kaynak metali karbon seviyesi kabaca iki malzemenin ortalamasına eşittir. Bu nedenle, düşük karbonlu bir çeliği nispeten yüksek karbonlu TRIP çeliğine kaynaklayarak, martensit oranında ve kaynak külçesindeki sertliğinde bir azalma, kaynağın kendisinin sertliğini ve kırılganlığını azaltmalıdır.

Önerilen Makale: Çelik profil malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için yuvarlak çelik çubuk nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

Burada açıklanan çalışmada, TRIP700 çeliğinde gelişmiş statik özellikler elde etmek için modifiye edilmiş dirençli nokta kaynağı programları geliştirilmiştir. Proses parametreleri ve malzeme kombinasyonlarının kaynak aralığı ve kaynak özelliklerine etkisi incelenmiştir.

Malzemeler

Direnç punta kaynağı denemeleri 1.05 mm kalınlığında elektroliz çinko kaplı (EZ) TRIP700 çelik saclar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Farklı malzeme kombinasyonu için 0.8 mm kalınlığında sıcak daldırma çinko kaplı (HDG) DP600 (çift fazlı) çelik sac kullanıldı.

 Ekipman ve Kurulum

Direnç punta kaynağı denemeleri, 30kA kısa devre akımı ve 10kN elektrot gücü kapasitesine sahip tek fazlı AC (100kVA) İngiliz Federal projeksiyon kaynak makinesinde gerçekleştirilmiştir. Kaynak akımı, MM336A tipi bir Miyachi yazıcı akım ölçer ile kaydedildi. Cu / Cr / Zr elektrotları, 6 mm düz uçlu standart ISO 5821 B tipi idi.

Direnç Punta Kaynağı Programları

TRIP700 çeliğinde gerekli kaynak külçesi boyutu, kırılma modu ve tıkaç boyutunu elde etmek için aşağıdaki değiştirilmiş kaynak programları geliştirilerek kaynak denemeleri gerçekleştirilmiştir:

Soğutma oranını düşürmek ve kaynaktaki martensit miktarını azaltmak için yukarı eğim ve ısıtma sonrası akım (kaynak süresinden hemen sonra) kullanarak kontrollü soğutmalı direnç punta kaynağı.

Kaynak süresinin martensite dönüşmesine izin vermek için soğuk bir süre takip ettiği proses içi temperleme ile direnç punta kaynağı. Tavlama süresi boyunca daha fazla dirençli ısıtma, martensiti sertliğini azaltmak için temperler.

Direnç punta kaynağı benzer olmayan malzemeler (TRIP700 ve DP600), kaynakta karbon azaltımının etkisini incelemek, yani kaynak külçesinin karbon içeriğini azaltmak.

Kaynak kuvvetine tam olarak ulaşılmasını sağlamak için sıkma süresi 60 döngüye (1.2s) ayarlandı. Kaynak süresi 14 döngüye ayarlandı ve tutma süresi boyunca on döngü olarak ayarlandı. Tüm denemeler için uygulanan kuvvet 4kN idi.

Kaynak büyüme eğrileri, elektrot kuvveti ve kaynak süresinin önceden ayarlanması ve ardından giderek artan akım seviyelerinde kaynak yapılmasıyla üretildi. Kullanılan akım aralığı, minimum kaynak boyutu ve kaynak sıçrama sınırlarını tanımlamak için yeterliydi. Kabul edilebilir minimum kaynak boyutu 4 √t olarak alınmıştır (burada t, kombinasyondaki en ince levhanın mm cinsinden kalınlığıdır). Kaynak boyutunun kaynağın çapraz gerilimi ve kesme dayanımı üzerindeki etkisi incelenmiştir.

Statik Mekanik Özellikler ve Kaynakların Sertliği

Nokta kaynaklı bağlantıların statik özelliklerini incelemek için çapraz gerilim ve kesme testleri yapılmıştır. Seçilen kaynaklar için sertlik dağılımları 1 kg'lık bir yükte incelenmiştir.
 

Kontrollü soğutmalı direnç punta kaynağı

Kontrollü soğutma yöntemlerinin, kaynaktaki martensit oranını azaltmak için martensit başlangıç sıcaklığından önce östenitin bir miktar dönüşümüne izin vermesi amaçlanmıştır. Kaynaklarda arayüz ve kısmi fiş arızalarının baskın olduğu bulundu. Belirli koşullarda kabul edilebilir boyutta fişler üretilebilmesine rağmen, tercih edilen tam fiş arızaları, kontrollü soğutma ile değiştirilmiş kaynak programı kullanılarak elde edilememiştir. 

Son ısıtma akımı ve son ısıtma süresi hem kaynak külçe çapını hem de tapa çapını etkiledi. Bazı koşullar, elde edilecek minimum kabul edilebilir 4 √t'den daha büyük fiş çaplarına izin verdi. Son ısıtma parametreleri, kırılma modu (kaynak dübeli çapı) üzerinde kaynak külçe çapından daha önemli bir etkiye sahipti. Sabit son ısıtma süreleri altında, ısıtma sonrası akımdaki artışla birlikte kaynak külçesi çapı hafifçe artarken, tıpa çapında daha önemli bir artış elde edildi0 bu da gelişmiş kırılma modunu gösterir. Bununla birlikte, kaynak, kaynak akımı ile aynı seviyedeki bir ısıtma sonrası akım kullanıldığında bile, kısmi bir tıkaç arıza modu sergilemiştir.

Son ısıtma süresi, kaynak külçesi çapı üzerinde ısıtma sonrası akımınkine benzer bir etkiye sahipti. Temel kaynak sırası kullanılarak üretilen kaynak külçesi çapı yaklaşık 5.0 mm iken, son ısıtma kullanıldığında kaynak külçesi çapı yaklaşık 5.5 mm'ye çıkarıldı. Ancak minimum gereksinimi aşan tapa çaplarına ulaşılamadı.

Genel olarak, ısıtma sonrası akım, Şekil 3a'da gösterildiği gibi, 20 döngü sonrası ısıtma süresinde kaynak sertliği üzerinde sınırlı etkiye sahipti. Son ısıtma için kaynak akımıyla aynı akım seviyesi kullanıldığında bile sertlik yaklaşık 580HV'de esasen değişmedi.

Son ısıtma süresi ayrıca sabit ısıtma sonrası akım seviyeleri altında kaynak sertliği üzerinde sınırlı etki gösterdi. Kaynak sertleşmesinin azaltılması açısından belirli bir ısıtma sonrası akım için optimize edilmiş bir son ısıtma süresi vardı. Örneğin, son ısıtma süresi 10'dan 20 çevrime çıkarıldığında kaynak sertliği biraz azaldı. Bununla birlikte, 30 çevrimlik bir son ısıtma süresi kullanıldığında sertlik seviyesi daha yüksek hale geldi.

Kaynak kesme mukavemeti, ısıtma sonrası akımdaki artışla yaklaşık olarak doğrusal olarak artmıştır. Kaynak kesme mukavemeti yaklaşık %35 daha yüksekti ve kaynak çapraz gerilme mukavemeti, 5.3kA'lık bir ısıtma sonrası akım (kaynak akımının %80'i) kullanıldığında, son ısıtma olmadan üretilen kaynaklardan yaklaşık %75 daha yüksekti. .

En yüksek kaynak mukavemetinin, en uzun son ısıtma süresi ile üretilen kaynaklarda elde edildiği görülmemiştir. 6.1kA'lık bir ısıtma sonrası akımla birlikte, 20 çevrime kadar ısıtma sonrası sürenin artmasıyla eklem mukavemeti artmıştır. Isınma sonrası sürenin daha fazla artması ek bir fayda sağlamadı.


Proses İçi Temperleme ile Direnç Punta Kaynağı


Proses içi temperleme ile kaynak denemeleri, farklı temperleme akım seviyeleri ve temper süreleri ile gerçekleştirilmiştir. Bu kaynaklar aynı elektrot kuvveti, kaynak akımı ve kaynak süresi kullanılarak üretildi. Daha düşük temperleme akımı seviyeleri veya daha kısa temperleme süresi ile üretilen kaynaklarda kısmi tapa arızaları vardı. Temperleme akımı veya temperleme süresindeki artışla birlikte tapa çapı artmıştır. Belirli bir temperleme akımı için, kaynağın tam tapa arızaları sergilediği kritik bir temperleme süresi vardı. Bu kritik süre, temperleme akımının artmasıyla azaldı (örneğin 4.0kA'da yaklaşık 80 döngü ve 4.9kA'da 25 döngü).

Soğuma süresinin kaynak dübel çapı üzerindeki etkisi ile ilgili sonuçlara göre, soğuk zaman 20 döngüden az olduğunda tavlamadan hiçbir fayda yoktu, çünkü martensite ilk dönüşüm için yetersiz zamana izin verildi. Sonuç olarak, martensit yalnızca temperleme süresinin bitiminden sonra soğuma sırasında oluşmuştur. Soğutma süresi 20 döngüden daha uzun olduğunda martensit, test sırasında kısmi fiş ve tam fiş arızalarının elde edilmesine izin vermek için tasarlandığı gibi oluşturuldu ve temperlendi.

Tavlama işleminin soyma testi yapılan numunelerin kırık görünümü üzerindeki etkisi ölçülmüştür. Temel kaynak dizisi kullanılarak üretilen kaynak, kısmi bir tıkaç hatası modu sergilerken, işlem içi temperleme kullanılarak üretilen kaynak tam bir tıkama hatası moduna sahipti.

Temper süresinin, proses içi temperleme ile modifiye edilmiş kaynak çizelgesi kullanılarak üretilen kaynakların sertlik profilleri üzerindeki etkisi ölçülmüştür. 25 döngü temperleme süresi ve 4.4kA temperleme akımı kullanılarak proses içi temperleme ile kaynak sertliği yaklaşık 580HV'den yaklaşık 400HV'ye önemli ölçüde azaltılmıştır.

Aynı elektrot kuvveti, kaynak akımı ve kaynak süresi ile ancak çeşitli temperleme akımı seviyeleri ve temperleme süreleri ile üretilen punta kaynaklarının çapraz gerilme mukavemeti ve kesme mukavemeti de ölçülmüştür. Veri noktaları, her kaynak koşulunda üretilen üç farklı numuneden alınan tepe arıza yükünü temsil eder. Çapraz gerilim ve kaymadaki kaynak mukavemeti, temperleme akımına ve temperleme süresine bağlı olarak tekrar değişmiştir.

Çapraz gerilme mukavemeti, 25 çevrimlik bir temperleme süresinde 4.5kA'ya kadar ısıtma sonrası akımdaki artışla arttı ve temel kaynak dizisi kullanılarak üretilen kaynaklardan dört kat daha yüksekti. Bu akımda, kesme mukavemeti ilk% 25 artıştan sonra tekrar düşmeye başlıyordu. Temperleme süresinin kaynak dayanımı üzerindeki etkisinde benzer eğilimler bulunmuştur. 15 ila 25 çevrimlik bir tavlama süresi, çapraz gerilim mukavemetinde önemli bir artış ve kesme mukavemetinde hafif bir artış sağlamıştır. Tam fiş arızası modu, bu yüksek mukavemetli kaynaklarla ilişkilendirilmiştir.

Direnç Punta Kaynağı TRIP700 - DP600

Seçilen kaynak koşullarında TRIP700 - DP600 nokta kaynağı için uygun kaynak akımı aralığını belirlemek için bir kaynak büyüme eğrisi oluşturulmuştur. 4 √t'lik bir külçe çapı vermek için gereken minimum akımdan, sıçrama başlangıcına neden olan akıma kadar olan akım aralığı, kaynak akımı aralığı olarak kabul edildi. Kaynaklar, temel kaynak dizisi kullanılarak üretildi. Bu, gerekli minimum boyutun (4 √t) üzerinde 1kA'dan daha büyük bir kaynak akımı aralığının TRIP700 ila DP600 için tam fiş kırılmaları ile elde edilebileceğini gösterdi.

Bir 4 √t kaynağın ve sıçramaya yakın bir maksimum boyuttaki kaynağın enine kesitleri ölçülmüştür. Kaynak külçesindeki sertlik yaklaşık 500 ila 550HV idi ve bu, temel çizelge kullanılarak kaynaklanmış TRIP çeliğindeki kaynağınkinden sadece biraz daha düşüktü (yani 550 ila 600HV). Kaynak akımının artmasıyla sertlik biraz azaldı.

Kaynak külçesi boyutunun kaynakların çapraz gerilimi ve kayma mukavemeti üzerindeki etkisi ölçülmüştür. Bu kaynaklar nominal olarak 5 √t kaynaklar, kaynak sıçraması olmadan maksimum boyut ve sıçratmalı kaynaklar üretmek için üç mevcut seviyede yapılmıştır. Her durumda, üç kaynak test edildi ve her numuneden gelen tepe arıza yükü bu şekillerde gösterildi.

Kaynak külçesi çapındaki artışla çapraz gerilme mukavemeti artmış, ancak kaynak sıçraması meydana geldiğinde hafifçe azalmıştır. Kırılma, DP600'den biraz daha kalın ve daha güçlü olmasına rağmen her durumda TRIP700'de meydana geldi. Tapa arızasının meydana gelmesine rağmen, arıza yükleri, kesme hatası yüklerinin yalnızca yaklaşık %30'udur. Ek olarak, çapraz gerilim arıza yükleri TRIP çeliğinde elde edilenlerden daha iyiydi, ancak DP600'de kendi başına elde edilenlerin sadece yaklaşık% 60'ı idi.

Kaynak külçesi boyutundaki artışla kayma mukavemeti biraz azaldı. Kırılma, 5 √t kaynaklar için her iki tabakada meydana geldi, ancak sadece DP600'de (soymada TRIP700'den daha büyük deformasyon gösterdi) meydana geldi. Bu, kaynak etrafındaki malzemenin yumuşaması veya daha büyük kaynak külçesi boyutları ile daha büyük elektrot girintisi ile ilgili olabilir.
 

Soğutma Hızının Etkisi

Temel direnç nokta kaynağı sırasındaki kaynağın soğutma hızı, su soğutmalı bakır elektrotların hızlandırılmış soğutma etkisi nedeniyle çok yüksektir. Dirençli punta kaynağı için 900 ila 300 ° C sıcaklık aralığında soğuma süresinin 0,2 saniye kadar kısa ve tutma süresi kısaysa ve elektrotlar hızlı bir şekilde yükseltilirse biraz daha uzun olabilir. TRIP700'ün hesaplanan zaman-sıcaklık-dönüşüm (TTT) diyagramında bainit burun için inkübasyon süresi bir dakikadan uzundur. Bu, TRIP çeliklerindeki kaynaklarda martensit ağırlıklı bir mikro yapı oluşumuyla sonuçlanır. Sonuçlar, yüksek sertlik ve kırılgan kaynakların üretildiğini, bu da arayüz arızaları ve özellikle düşük çapraz gerilim mukavemeti sağladığını göstermektedir.

Değiştirilmiş Kaynak Dizileri

Daha uzun kaynak süreleri veya daha düşük bir akımın kullanılması, kaynak darbesinin hemen ardından ısı sonrası darbe, aşırı martensit oluşumunu önlemek için soğutma oranını düşürmek üzere tasarlanmıştır. Bu kontrollü soğutma yaklaşımı, kaynak çapraz gerilimi ve kesme mukavemetleri yaklaşık %25-30 oranında iyileştirilebildiği için küçük bir fayda sağlamıştır. Ancak, seçilen parametreleri kullanarak kaynak sertliği ve kırılma modu üzerinde çok az etkisi oldu. Ayrıca, gelişme muhtemelen kısmen kaynak külçesi boyutundaki hafif artışla (yaklaşık %10) ilgiliydi.

İşlem içi tavlama programı, TRIP700'deki kaynakların kırılganlığını azaltmada etkiliydi. Bu çalışmada geliştirilen koşullar kullanıldığında, kaynak sertliği önemli ölçüde azaltılmış (yaklaşık 600HV'den 400HV'ye) ve çapraz gerilim mukavemeti dört katına kadar artırılmıştır. Kesme mukavemetinin% 50'sine kadar bir çapraz gerilim mukavemeti elde edilebildi ve kesme mukavemetinin kendisi% 25-30'a kadar iyileştirildi. Kaynak kırılma modu, kırılgan arayüz arızalarından tercih edilen tam tıkama arızalarına değiştirildi. Bununla birlikte, kaynak mukavemeti, kırılma modu ve işlem verimliliği açısından en iyi sonuçları elde etmek için uygun soğutma süresi, tavlama akımı ve tavlama süresinin kullanılmasının kritik olduğu unutulmamalıdır. Yetersiz soğutma süresi, martensite tam dönüşümü engelleyerek, tavlama darbesinin sonunda son soğutmada oluşmasına izin verir. Yetersiz meneviş süresi veya akım, martensitin yetersiz sertlik azalmasına neden olur. Bununla birlikte, çok uzun bir tavlama süresi veya çok yüksek bir akım, östenite yeniden dönüşüme izin verir ve martensit, son soğutmada yeniden oluşacaktır.

Bu iyileştirmelerin, seçilen kaynak parametrelerine bağlı olarak, her bir kaynağın sıra süresinin 45 döngüye (0.9s) kadar artırılmasıyla proses içi temperleme ile elde edildiğine dikkat edilmelidir. Daha kalın malzemeler için daha uzun süreler gerekebilir. Ayrıca, kaynak yapılan malzeme ve kalınlık kombinasyonlarına bağlı olarak güvenilir sonuçlar vermek için proses içi temperleme programlarının oluşturulması gerekir ve elde edilen faydalar diğer üretim değişkenlerine duyarlı olabilir.

Kaynakta Karbon Azaltma

Düşük karbonlu çelik ara katmanı ekleyerek kaynak karbon azaltma, bazı dönüşümle sertleştirilmiş yüksek mukavemetli çeliklerde kaynak kırılganlığını azaltmada etkili olduğunu kanıtlamıştır. Mevcut çalışma, TRIP700'ün DP600'e direnç noktası kaynaklandığı zaman, makul bir kaynak aralığında (1.2kA) neredeyse tam fiş arızasının elde edilebileceğini buldu. Bu, kaynak külçesindeki sertlikte yalnızca hafif (%10) bir azalma olmasına ve TRIP çeliğinde HAZ sertliğinde azalma olmamasına rağmen başarıldı. Kesme mukavemeti, TRIP700'deki kaynaklardan biraz daha düşüktü, ancak DP600 ila DP600'deki kaynaklarla benzerdi. Tersine, çapraz gerilim mukavemeti kendi başına TRIP700'deki kaynaklardan daha yüksekti, ancak DP600 - DP600 arasındaki kaynaklardan daha düşüktü.
 

İşlem içi temperleme, TRIP700'deki nokta kaynaklarının kırılganlığını azaltmada etkiliydi. Kaynak sertliği yaklaşık 600HV'den yaklaşık 400HV'ye düşürüldü ve kaynaklarda tam tapa arızaları görüldü. Kaynakların çapraz gerilim mukavemeti, tavlama olmadan üretilen kaynaklardan dört kat daha yüksekti ve kesme mukavemeti de %25-30 oranında iyileştirilebiliyordu.

Süreç içi temperleme, çizelgenin 1.05 mm malzeme için etkili olması için sıra süresinde tipik olarak 0.9 sn'lik bir artış gerektirdi ve sonuçlar diğer işlem değişkenlerine duyarlı olabilir.

Yukarı eğim ve kaynak sonrası akım darbesi kullanan kontrollü soğutma programları, TRIP700'de kaynakların kırılganlığının azaltılması üzerinde sınırlı etkiye sahipti. Temel sıraya kıyasla çapraz gerilim mukavemetinin% 75 iyileştirilebilmesine ve kesme mukavemetinin% 25 artırılmasına rağmen, kaynak sertliğinde çok az azalma sağlandı ve tam tıkama arızaları güvenilir bir şekilde elde edilemedi.

TRIP700 ve DP600 arasındaki kaynaklar, kaynak sertliğindeki çok az düşüşe rağmen kabul edilebilir fiş hataları verdi. Kaynakların kesme dayanımı, DP600'dekilere benzerdi, ancak çapraz gerilim dayanımları önemli ölçüde daha düşüktü.