ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СВАРКИ ЛИСТОВ Российский патент 2015 года по МПК B23K35/30 C22C9/04 

Изобретение относится к вспомогательному (присадочному) материалу для соединения листов сваркой, обладающему признаками по пункту 1 формулы изобретения.

Присадочные материалы указанного вида находят применение, в частности, в автомобильной промышленности, где они используются для соединения тонкостенных листов автомобильных кузовов. При соединении, как правило, оцинкованных тонкостенных кузовных листов особенно важно обеспечивать по возможности низкой требуемый подвод тепла, чтобы, с одной стороны, выполнять соединение листов по возможности без их деформации и, с другой стороны, как можно меньше повреждать цинковое покрытие листов при соединении, чтобы соединительный шов был как можно меньше подвержен коррозии.

Поскольку известные содержащие медь присадочные материалы обычно имеют точку плавления выше 1000°С, для выполнения процесса соединения требуются соответствующие высокие температуры. С одной стороны, эти высокие температуры приводят к испарению цинкового покрытия кузовных листов в зоне соединения и, с другой стороны, эти температуры создают термические напряжения в подлежащих соединению листовых заготовках. Это вызывает необходимость приложения соответствующих удерживающих сил, чтобы предотвращать деформацию листовых заготовок, иначе это приводило бы к короблению листовых заготовок или к образованию неравномерного зазора в соединительном шве между кромками листовых заготовок.

С учетом этих известных недостатков уровня техники существует явная потребность в содержащем медь присадочном материале, который позволяет выполнять процессы соединения тонких листов при сравнительно более низких температурах с устранением известных недостатков. При этом, с одной стороны, предотвращается или, по меньшей мере, снижается испарение цинкового покрытия и, с другой стороны, обеспечивается возможность снижения деформирующих сил в процессе соединения, так что достаточны относительно низкие усилия для фиксации подлежащих соединению листовых заготовок.

Соответственно, перед изобретением поставлена задача предложить содержащий медь присадочный материал, имеющий сравнительно невысокую точку плавления.

Решение поставленной задачи достигается в присадочном материале, обладающем признаками по пункту 1 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением присадочный материал для соединения тонких автомобильных листов толщиной меньше 1,5 мм из высоколегированных нержавеющих сталей сваркой или пайкой содержит следующие компоненты, мас. %:

Zn от 15 до 40

Mn от 5 до 30

Ni от 0,01 до 10

примеси в количестве не более 1

Cu - остальное.

Благодаря относительно высокому содержанию цинка во взаимодействии с другими компонентами сплава присадочный материал по изобретению, в частности, обладающий коррозионной стойкостью, может использоваться не только в способе дуговой сварки плавящимся электродом в газовой среде или лазерной сварки, или дуговой сварки плавящимся электродом в среде инертного газа. За счет относительно низкой температуры плавления, которая в зависимости от композиции сплава может лежать значительно ниже 900°С, этот присадочный материал особенно пригоден для соединения тонких листов, которые могут иметь толщину меньше 1,5 мм.

Пригодность для соединения тонких листов сваркой обусловлена, в частности, низким потреблением энергии вследствие низкой температуры плавления. Соответствующий пониженный подвод энергии дает в результате меньшую деформацию листов.

Благодаря сниженному риску деформации присадочный материал по изобретению также особенно пригоден для соединения листов разной толщины, что имеет место, например, на переходе между кузовом и шасси автомобиля.

Низкая температура плавления делает присадочный материал по изобретению особенно пригодным для соединения оцинкованных листов, поскольку с учетом температуры плавления цинка, равной 911°С, по сравнению с использованием известных присадочных материалов достигается значительно более низкая степень испарения цинкового покрытия.

Далее, поскольку присадочный материал является сплавом, содержащим Zn, Mn и Ni, он отличается хорошими характеристиками текучести и смачивания и хорошей способностью перекрытия зазоров, что в результате дает стабильный и плотный шов. Достижению хорошего перекрытия зазоров особенно способствует высокое поверхностное натяжение расплавленного присадочного материала, обусловленное наличием в сплаве содержания Mn в сочетании с низкой температурой плавления.

Кроме того, благодаря высокому содержанию цинка присадочный материал по изобретению имеет хорошую способность к деформации в холодном состоянии, так что из присадочного материала по изобретению может экономичным образом изготавливаться присадочная проволока для сварки или пайки диаметром 0,8 мм или еще меньше.

Благодаря хорошей способности к смачиванию и обусловленному композицией сплава сероватому цвету присадочного материала он по своему внешнему виду приближается к виду поверхности листа, так что присадочный материал особенно пригоден для использования на внешней обшивке кузова. За счет этого собранная из различных листовых заготовок внешняя обшивка имеет привлекательный вид цельной обшивки, несмотря на сваренные швы.

Далее, благодаря хорошим свойствам текучести и смачивания обеспечивается возможность высоких скоростей соединения при небольших затратах энергии.

В предпочтительном примере осуществления присадочный материал содержит от 20 до 25 мас. % Zn, от 8 до 13 мас. % Mn и от 0,2 до 1,2 мас. % Ni. Благодаря относительно высокому содержанию марганца этот присадочный материал пригоден для соединения листов из высоколегированной нержавеющей стали.

Было обнаружено, что сплав присадочного материала, содержащий 22 мас. % Zn, 10 мас. % Mn и 0,5 мас. % Ni, может использоваться универсально независимо от конкретной композиции подлежащих соединению листов из высоколегированной стали, в частности, при сохранении соответствующей области допусков ±10%.

В том случае, когда в предпочтительном примере выполнения присадочный материал содержит от 27 до 33 мас. % Zn, от 15 до 25 мас. % Mn и от 2 до 6 мас. % Ni, он особенно пригоден для соединения высокопрочных листов, так как прочность повышается вследствие высокого содержания никеля. С повышением содержания марганца связано повышение вязкости, что особенно облегчает выполнение нисходящих швов.

Было установлено, что независимо от конкретной композиции подлежащих соединению высокопрочных листов универсальное использование имеет присадочный материал, содержащий 30 мас. % Zn, 20 мас. % Mn и 4 мас. % Ni, в частности, с областью допусков ±10%.

Для того чтобы можно было в достаточной мере исключить влияние обычных примесей на положительные свойства присадочного материала, обычные примеси не должны содержать больше чем 0,2 мас. % Al, 0,2 мас. % Sn, а также по 0,1 мас. % Mg, Cr и Со.

Присадочный материал с содержанием от 0,01 до 4 мас. % Fe показал себя особенно выгодным в отношении прочности и легкого смачивания соединяемых стальных материалов. Повышение прочности обеспечивается также добавкой от 0,01 до 0,5 мас. % Si.

Описанный выше положительный эффект при использовании присадочного материала, являющийся результатом низкой температуры плавления, может быть дополнительно повышен путем того, что при использовании присадочного материала в процессе сварки или пайки в качестве устройства для подвода тепла используют источник излучения. Поскольку с помощью источника излучения возможен локальный подвод тепла, то можно обеспечить ограничение до узкой локальной зоны и так уже относительно низкой температуры соединения. Это дополнительно снижает до минимума риск деформации листовых заготовок при соединении или степень испарения цинкового покрытия на листовых заготовках. Присадочный материал по изобретению особенно пригоден для использования в электродуговом способе соединения как непрерывного режима, так и импульсного режима.

Другой аспект изобретения относится к применению присадочного материала в качестве присадочной проволоки для пайки или сварки с источником излучения в качестве устройства для подвода тепла.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к присадочному материалу для соединения листов сваркой и может быть использовано в автомобильной промышленности для сварки тонкостенных листов автомобильных кузовов. Присадочный материал для соединения тонких автомобильных листов толщиной меньше 1,5 мм из высоколегированных нержавеющих сталей сваркой или пайкой, причем он содержит компоненты, мас.%: Zn от 15 до 40, Mn от 5 до 30, Ni от 0,01 до 10, примеси в количестве не более 1, Cu - остальное. Применяют присадочный материал в качестве материала присадочной проволоки для пайки или сварки с источником излучения в виде устройства для подвода тепла. Обеспечивается возможность соединения тонких листов при низких температурах со снижением деформирующих сил в процессе соединения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы.

1. Присадочный материал для соединения тонких автомобильных листов толщиной меньше 1,5 мм из высоколегированных нержавеющих сталей сваркой или пайкой, отличающийся тем, что он содержит компоненты, мас.%:
Zn от 15 до 40
Mn от 5 до 30
Ni от 0,01 до 10
примеси в количестве не более 1
Cu - остальное.

2. Присадочный материал по п. 1, отличающийся тем, что он содержит, мас.%:
Zn от 20 до 25
Mn от 8 до 13
Ni от 0,2 до 1,2.

3. Присадочный материал по п. 2, отличающийся тем, что он содержит, мас. %:
Zn 22
Mn 10
Ni 0,5.

4. Присадочный материал по п. 1, отличающийся тем, что он содержит, мас.%:
Zn от 27 до 33
Mn от 15 до 25
Ni от 2 до 6.

5. Присадочный материал по п. 4, отличающийся тем, что он содержит, мас.%:
Zn 30
Mn 20
Ni 4.

6. Присадочный материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве примесей он содержит, мас.%:
Al <0,2
Sn <0,2
Mg <0,1
Cr <0,1
Со <0,1.

7. Присадочный материал по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит от 0,01 до 4 мас.% Fe.

8. Присадочный материал по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что он дополнительно содержит от 0,01 до 0,5 мас.% Si.

9. Применение присадочного материала по любому из пп. 1-8 в качестве материала присадочной проволоки для пайки или сварки с источником излучения в виде устройства для подвода тепла.