СПОСОБ ПРИВАРИВАНИЯ ПРИВАРНОГО ЭЛЕМЕНТА К СОПРЯГАЕМОЙ ДЕТАЛИ Российский патент 2017 года по МПК B23K31/02 B23K9/235 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу приваривания приварного элемента, состоящего из приварного конца и расположенной на расстоянии от него функциональной области, к сопрягаемой детали, например к элементу кузова транспортного средства.

Уровень техники

Приварные элементы могут быть приварены встык на сопряженные детали, например на стальные листы, например, с помощью так называемой электродуговой сварки, таким образом, чтобы их функциональная область выступала за сопряженные детали и, тем самым, могла удерживать различные конструктивные элементы или компоненты. Например, в автомобилестроении приварные элементы могут быть размещены приварным концом заподлицо со стальным листом кузова или подобным ему элементом и свариваться с ним, имея при этом функциональную область с возможностью удержания различными способами разнообразных конструктивных элементов или компонентов. Функциональная часть каждого приварного элемента может при этом варьироваться, то есть конструироваться соответственно удерживаемому компоненту. Например, на функциональной области могут удерживаться кабельные жгуты, отдельные кабели, проводка, рукава или подобные элементы, при этом она также может использоваться для удержания обшивки. В этом отношении функциональная область может иметь множество вариантов выполнения.

В качестве электродуговой сварки может применяться так называемая сварка вытянутой дугой, как это описано, например, в документе DE 19925628 A1.

Также известна технология сварки WELDFAST®, в которой приварные элементы, то есть так называемые фиксаторы WELDFAST®, сваривают с листом стали с помощью электродуговой сварки. Фиксаторы WELDFAST® также имеют приварной конец и функциональную область. Однако недостатком фиксаторов WELDFAST® является то, что они имеют продолговатые приварные концы, вследствие чего фактически образуется длинный сварной шов. Поэтому, чтобы приварить данные элементы к стальному листу, требуется специальный сварочный аппарат, который может создавать надежные длинные сварные швы. Возможно приваривать приварной элемент с дефектами сварки, не обеспечивая при этом выполнения обязательных требований к прочности, но при этом приварные элементы уже при проведении необходимых испытаний не выдержат тестовых условий. Также очевидно, что требуемые параметры режима сварки из-за удлиненной сварной кромки существенно меняются, что снижает экономичность изготовления, поскольку эти параметры необходимо постоянно заново устанавливать и проверять. Использование защитного газа, предназначенного для защиты области, окружающей место сварки от окисления, также увеличивает расходы. Для этого в сварочном аппарате, работающем по технологии WELDFAST®, предусмотрена газовая пробка, ограничивающая свободное пространство.

Несмотря на стабилизирующее воздействие на электрическую дугу аргона, используемого в качестве инертного газа, электрическая дуга не всегда является стабильной, что приводит к нежелательным проплавлениям или прорезаниям стали. Например, при работе с приварными элементами с удлиненной сварной кромкой наблюдалось, что электрическая дуга на некоторых участках сварной кромки обрывается, а на других участках остается нормальной, что приводит к точечному приложению энергии на лист панели для транспортного средства и, вместе с этим, к проколам электрической дугой и получению менее качественного сварного шва, что является недопустимым. Плохие или дефектные сварные швы, полученные при помощи электродуговой сварки, например, по технологии WELDFAST®, очень трудно выявить с помощью автоматической системы распознавания дефектов. По этой причине данные сварные соединения проверяются путем осмотра, в этом случае устранение дефекта выполняется вручную, например, путем нанесения сварного материала или припоя на дефектный участок. Подобный ручной контроль с дополнительным ремонтом требует очень больших затрат.

Сопрягаемые детали, или кузовные панели транспортного средства, к которым приваривается приварной элемент, имеют покрытие, а точнее смазочное покрытие, наносимое для целей формования. Однако слой смазки наносится произвольно и даже после длительного хранения панели может в некоторых местах уходить под воздействием силы тяжести или по другим причинам. В качестве смазочного средства может быть использовано, например, масло для волочения, благодаря которому зачастую можно ускорить высыхание листовой панели для транспортного средства. В публикации DE 19925628 A1 предлагается удалять смазочное покрытие перед началом сварки с помощью подачи тока электролитической очистки через приварной элемент до подачи сварочного тока. Таким образом, можно получить область для сварки без смазки. Кроме того, все чаще также применяют так называемые «сухие» листы без смазочного покрытия.

Как было сказано выше, когда приварные элементы на приварном конце имеют продолговатую или изогнутую сварную кромку, электрическая дуга может частично прерываться, т.е. является нестабильной, что приводит к получению дефектного сварного соединения.

На основании вышесказанного задачей настоящего изобретения является разработка такого способа приваривания приварного элемента, который позволит обеспечить надежное приваривание к сопрягаемой детали или кузову транспортного средства.

Раскрытие изобретения

Данная задача решается с помощью способа приваривания приварного элемента к сопрягаемой детали, в котором всю поверхность области сваривания по меньшей мере одного из соединяемых элементов перед началом сваривания покрывают равномерным слоем смачивающего вещества. При этом смачивающее вещество можно наносить на сопрягаемую деталь, например, в области сваривания, соответствующей области сваривания сварной кромки приварного элемента.

В качестве смачивающего вещества может быть использовано масло для волочения. Смачивающее вещество можно наносить с помощью распылителя и в количестве не менее 0,8 г/м².

Перед нанесением на область сваривания смачивающего вещества сопрягаемую деталь по меньшей мере в области сваривания можно подвергать очистке от таких загрязнений, как слой смазочного средства, нанесенный перед процессом формования. При этом на сопрягаемой детали можно оставить слой смазочного средства, на который в области сваривания наносить смачивающее вещество до достижения слоя, имеющего необходимую общую толщину.

В способе может быть использован приварной элемент, имеющий приварную кромку со стороны основания и функциональную область со стороны головки, и сопрягаемую деталь, выполненную в виде панели кузова транспортного средства.

Осуществление изобретения

В соответствии с изобретением предлагается способ приваривания приварного элемента к сопрягаемой детали, в котором всю поверхность сварочной области по меньшей мере одной из соединяемых частей покрывают перед сваркой равномерным слоем смачивающего вещества.

Изобретение представляет способ приваривания приварного элемента к сопрягаемой детали, например к кузову транспортного средства, который обеспечивает, как было указано, получение стабильной электрической дуги. Это позволит устранить пики выброса энергии из-за прерывания электрической дуги, благодаря чему будут исключены проколы сопрягаемой детали из-за точечного приложения энергии. Предложенный способ позволяет получить сварной шов, удовлетворяющий особенно высоким требованиям к качеству кузова транспортного средства. Кузов транспортного средства может быть выполнен из стали толщиной от 0,8 мм или тоньше. Разумеется, указанная толщина листового металла является только ориентировочной. Способ также может быть использован не только в автомобильной промышленности и не ограничивается кузовом транспортного средства в качестве сопрягаемого элемента. Сопрягаемый элемент также может быть покрыт неметаллическим слоем, например оцинкован.

Смачивающее вещество может быть нанесено либо на сопрягаемый элемент, то есть панель кузова транспортного средства, либо на сварную кромку приварного элемента. Однако предпочтительно наносить смачивающее вещество на сопрягаемый элемент, т.е. на панель кузова. Также предпочтительно наносить смачивающее вещество только в области сваривания, задаваемой сварочной кромкой приварного элемента. Разумеется, нанесенное смачивающее вещество может несколько выходить за пределы сварочной кромки, что является желательным, поскольку это позволит создать дополнительное защитное воздействие с помощью смачивающего вещества в отношении, например, сварочных искр. Также возможно наносить смачивающее вещество в области подачи инертного газа, что позволит значительно увеличить область сваривания, на которую нанесено смачивающие вещество.

Смачивающее вещество может быть нанесено на область сваривания вручную, например, с помощью пропитанной смачивающим веществом ткани. Однако для получения по возможности равномерного слоя предпочтительно наносить смачивающее вещество с помощью распылителя или другого подходящего приспособления. Распылителем при этом можно управлять вручную или с помощью управляющего устройства. При ручном применении распылителя, как и при работе с помощью управляющего устройства, должно быть гарантировано применение каждый раз одного и того же количества смачивающего вещества. Для этого необходимое количество смачивающего вещества может дозироваться с помощью определенного количества нажатий на исполнительный элемент распылителя, так называемых «щелчков», причем каждое нажатие или щелчок должно соответствовать заданному количеству смачивающего вещества, наносимого непосредственно на область сваривания.

Смачивающее вещество наносят по возможности ровным слоем, предпочтительно имеющим толщину 0,8 г/м², наиболее предпочтительно 1,2 г/м². Указанные значения являются ориентировочными, так как толщина слоя зависит от таких параметров, как толщина стали, наличие оцинковки или толщина ее слоя и т.п. Например, было обнаружено, что хорошие, т.е. удовлетворяющие требованиям, сварные соединения достигаются при толщине слоя или количестве смачивающего вещества около 2,0 г/м².

Панели кузова транспортного средства могут быть подвержены формовке, для чего необходим слой смазочного вещества, например масла для глубокого волочения. Указанные значения толщины слоя смачивающего вещества относятся только к поверхностям, с которых полностью удалено масло и которые протерты для обеспечения абсолютного его отсутствия. Однако сухая панель может быть все-таки покрыта небольшой масляной пленкой, например, слоем от 0,3 до 0,4 г/м².

Желательно, чтобы толщина смазочного слоя на сопрягаемой детали была измерена или установлена, например, с помощью фотооптической технологии. Затем по результатам измерения на область сварки может быть нанесено недостающее количество смачивающего вещества, например, с помощью распылителя. Таким образом, может быть гарантировано наличие минимального или наиболее предпочтительного количества смачивающего вещества в области сваривания, для чего просто можно использовать измеренную разницу. В случае обнаружения излишков смазочного слоя его необходимо удалить, после чего провести повторное измерение для нанесения оптимального количества смачивающего вещества.

Для получения полностью сухой поверхности панели или сопрягаемой детали их можно обработать подходящими средствами, например специальными впоследствии удаляемыми порошками. Также можно продуть область сваривания сжатым воздухом с целью удаления масла или жира для последующего нанесения необходимого количества смачивающего вещества. Если с панели, а точнее из области сваривания, к которой приваривается приварной элемент, удалены остатки масла и на нее нанесено необходимое количество смачивающего вещества, это оказывает положительное воздействие на качество сварного шва. Требуемое количество смачивающего вещества зависит от различных факторов или параметров сварки, причем, как было сказано выше, подходящее количество смачивающего вещества должно быть эмпирически рассчитано и соответствующим образом сохранено по меньшей мере один раз для каждого случая сварки.

В качестве смачивающего вещества может быть использовано масло для волочения, соответствующее высоким требованиям автомобильной промышленности. Другими словами, должно наноситься масло для волочения, специально утвержденное для автомобильных производителей, что зафиксировано в применимых национальных и/или международных нормах. В этом отношении в качестве распылителя для смачивающего вещества может быть использован масляный распылитель, принцип работы которого далее более подробно не рассматривается.

Также было неожиданно обнаружено, что увлажнение области сваривания применяемым в автомобильной промышленности маслом для волочения, несмотря на удлиненную сварочную область (сварочную кромку приварного элемента), создает стабильную электрическую дугу, что позволяет достичь непрерывного качественного приваривания приварного элемента к сопрягаемой детали.

Также предпочтительно удалять остатки масла по меньшей мере в области сваривания панели, что может быть выполнено вручную или автоматически. Если возможно, сначала нужно определить толщину имеющегося слоя смазочного вещества. Если по результатам измерений смазочный слой будет тоньше требуемого для сваривания слоя смачивающего вещества, можно не удалять смазочный слой, а просто нанести необходимое недостающее количество смачивающего вещества. Желательно в качестве смачивающего вещества применять масло для волочения, идентичное маслу, применяемому при процессе формования. Для этого панель кузова транспортного средства подносят к распылителю смачивающего вещества или к масляному распылителю (или масляный распылитель подводят к панели кузова транспортного средства) и наносят необходимое количество смачивающего вещества. После этого приварной элемент приваривают к панели кузова транспортного средства.

Сварная кромка приварного элемента может находиться со стороны основания, а функциональная область - со стороны головки, т.е. аналогично элементам WELDFAST®. Однако, благодаря использованию способа по изобретению, можно обеспечить существенно лучшие результаты сваривания, чем при использовании технологии WELDFAST®, поскольку в этом случае при необходимости на область сваривания дополнительно наносят смачивающее вещество, стабилизирующее электрическую дугу на продолговатой сварочной кромке. При этом важно наносить не произвольное количество смачивающего вещества, как это, например, происходит при нанесении воды с пониженным поверхностным натяжением или быстротекучих средств. Согласно изобретению, для обеспечения стабилизации электрической дуги целесообразно наносить точно заданное количество смачивающего вещества (не менее 0,8 г/м²) и предпочтительно только в области сваривания.

С помощью стабилизации электрической дуги возможно непосредственное получение сварных швов очень хорошего качества, в частности, при использовании элементов WELDFAST®, что может существенно сократить необходимость выполнения ручного ремонта дефектных сварных швов. Следовательно, это приводит к снижению расходов. Кроме того, в этом случае можно отказаться от применения инертного газа, например аргона, что также приводит к дополнительной экономии. Помимо прочего, отпадает необходимость в использовании клапана для подачи инертного газа.

Таким образом, предложенный способ сварки относится преимущественно к электрической сварке. Смачивающее вещество или масло для волочения дает требуемое преимущество, заключающееся в высоком, медленно сокращающемся начальном сопротивлении. В результате расплавление области сваривания достигается специально целенаправленным образом. В частности, было обнаружено, что в этом случае можно уменьшить величину тока сварки. Например, ток сварки был уменьшен с 750 A до 700 A при длительности сваривания около 160 мс, при этом при токе сварки в 750 A и области сваривания, которая не была увлажнена в соответствии с изобретением, были зафиксированы проколы. При токе сварки в 700 A и области сваривания, увлажненной в соответствии с изобретением, было получено более качественное сварное соединение.

Изобретение относится к способу приваривания приварного элемента к сопрягаемой детали и может найти применение при изготовлении кузовов транспортных средств. Перед сваркой всю поверхность области сваривания по меньшей мере одного из соединяемых элементов покрывают равномерным слоем смачивающего вещества. Смачивающее вещество наносят в количестве не менее 0,8 г/м². В результате обеспечивается надежность полученного сварного соединения за счет повышения его прочности. 6 з.п. ф –лы.

1. Способ приваривания приварного элемента к сопрягаемой детали, при котором перед сваркой всю поверхность области сваривания по меньшей мере одного из соединяемых элементов покрывают равномерным слоем смачивающего вещества, причем смачивающее вещество наносят в количестве не менее 0,8 г/м².

2. Способ по п. 1, при котором смачивающее вещество наносят на сопрягаемую деталь.

3. Способ по п. 1, при котором смачивающее вещество наносят на сопрягаемую деталь в области сваривания, соответствующей области сваривания сварной кромки приварного элемента.

4. Способ по п. 1, при котором смачивающее вещество наносят с помощью распылителя.

5. Способ по п. 1, при котором перед нанесением смачивающего вещества на область сваривания сопрягаемую деталь по меньшей мере в области сваривания подвергают очистке от загрязнений в виде слоя смазочного средства, нанесенного перед процессом формования.

6. Способ по п. 5, при котором на сопрягаемой детали оставляют слой смазочного средства, на который в области сваривания наносят смачивающее вещество до достижения слоя, имеющего необходимую общую толщину.

7. Способ по п. 1, при котором в качестве смачивающего вещества используют масло для волочения.