Szakaszos energiabevitel előnyei autóipari DP acélok ellenállás-ponthegesztésekor

MISKOLCI EGYETEM ANYAGSZERKEZETTANI ÉS ANYAGTECHNOLÓGIAI INTÉZET

Szakaszos energiabevitel előnyei autóipari DP acélok ellenállás-ponthegesztésekor Konferencia előadás Kidolgozta:

Prém László PhD hallgató

Készült:

a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 a Járműipari anyagfejlesztések projekt keretében

A projekt szakmai vezetője:

Dr. Tisza Miklós egyetemi tanár

Miskolc 2014

PROGRAM A Magyar Hegesztési Egyesület, a REHM Hegesztéstechnika Kft. és a Miskolci Egyetem közreműködésével rendezi meg az

Ellenálláshegesztés 2014 Miskolc-Egyetemváros, 2014. november 19. egynapos ankétját, melynek mottója: „Tudjunk többet és használjuk hatékonyan”. Az ankét helye: Miskolci Egyetem (3515 Miskolc-Egyetemváros) C/2 épület XXXV-ös előadó Időpontja: 2014. november 19.-én 10:00 - 15:00 Regisztrálás kezdete: 9:00 10:00-10:10 Megnyitó Dr. Gáti József, a Magyar Hegesztési Egyesület elnöke 10:10-10:30 Köszöntő Nagy Ferenc, ügyvezető igazgató, Rehm Hegesztéstechnika Kft. Prof. Lukács János, egyetemi tanár, intézetigazgató, Miskolci Egyetem Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet 10:30-11:00 Nemzetközi trendek és aktualitások: Az IIW CIII Bizottságában folyó szakmai munka bemutatása Borhy István, a MAHEG Ellenálláshegesztés és rokon technológiák Szakbizottság elnöke 11:00-11:30 Szakaszos energiabevitel előnyei autóipari DP acélok ellenállásponthegesztésekor Prém László – Dr. Balogh András, Miskolci Egyetem Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet 11.30-12.00 Bevonatolt lemezek ellenállás-ponthegeszthetősége Dr. Frigyik Gábor – Prém László – Dr. Török Imre, Miskolci Egyetem Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet 12:00-12:30 Kávészünet 12:30-13:00 PQS – Prozess- und Qualitätssicherungssysteme für die Fügetechnik Rolf Sutterer, Harms&Wende Co. KG. Nagy Ferenc, Rehm Hegesztéstechnika Kft.

13:00-13:30 „Az Erő legyen velünk” – a 4. főparaméterről ponthegesztésben Tóth László, Rehm Hegesztéstechnika Kft. 13:30-14:00 TRIP acélok ellenállás-ponthegesztése Kozma Bálint, BSc. egyetemi hallgató, Gazdaságtudományi Egyetem

Budapesti

az

ellenállás-

Műszaki

és

14:00-14.15 Zárszó, értékelés Kristóf Csaba, a Magyar Hegesztési Egyesület alelnöke 14:30-tól

Gyakorlati bemutatók az Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet Hegesztő Laboratóriumában

Az Ankét keretében Poszter kiállításra is sor kerül. Az ankétra ezúton tisztelettel meghívjuk, számítunk megjelenésükre. Regisztráció a MAHEG honlapján vagy a https://docs.google.com/forms/d/1vtib7uXry6RK9GLlwkOQv_xL6_mEGhZlskZYoeso-k/edit címen lehetséges.

Dr. Gáti József Magyar Hegesztési Egyesület elnök

Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet

Miskolci Egyetem

Ellenálláshegesztés 2014 Ankét SZAKASZOS ENERGIABEVITEL ELŐNYEI AUTÓIPARI DP ACÉLOK ELLENÁLLÁS-PONTHEGESZTÉSEKOR

Prém László – Dr. Balogh András [email protected] – [email protected] Miskolci Egyetem Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet Mechanikai Technológiai Intézeti Tanszék

1

Miskolc, 2014. november 19.


Miskolci Egyetem

Bevezetés Az autóipari vékonylemezek és a ponthegesztés jelentősége: • az autóipar, mint húzóágazat, autóipari klaszterek, több száz autóipari beszállítóként funkcionáló kis- és középvállalkozás, • a járműgyártásban évtizedeken keresztül meghatározó jelentőségűek voltak a konvencionális lágyacélok (pl.: DC01), azonban az önsúlycsökkentés igénye, az egyre fokozódó biztonsági előírások és a fokozatosan szigorodó környezetvédelmi előírások következtében előtérbe került a korszerű nagyszilárdságú acélok (AHSS) alkalmazása, • az anyagfejlesztéseknek köszönhetően az autóipari beszállítók egyre különbözőbb szilárdságú és alakváltozó képességű acélminőségekkel találkozhatnak, • az AHSS acélok között a felhasználási részarányt és a ponthegesztéssel történő feldolgozást figyelembe véve a DP acélok vezető szerepet töltenek be, • impulzusok közötti szünetidő, hagyományos vizsgálati eljárások, dinamikus vizsgálatok. Mechanikai Technológiai Intézeti Tanszék

2



Miskolci Egyetem

Az ellenállás-ponthegesztés helyzete az autóipari kötéstechnológiák között Autóipari kötéstechnológiák: • számos új fémes és nemfémes szerkezeti anyagot használnak fel egy autó gyártása során, amelyek hegeszthetősége korlátozott vagy nem is hegeszthető, • hagyományos kötéstechnológiákként alkalmazott ív- és ellenállás-hegesztő eljárások, új kötési technológiák jelentek meg, mint például a lézersugaras hegesztés, a dörzspont-hegesztés, a ragasztás, a forrasztás, illetve a különböző mechanikai módszerek, • ellenállás-ponthegesztés vezető szerepe az autóiparban.

Mechanikai Technológiai Intézeti Tanszék

3



Miskolci Egyetem

A DP acélok autóipari alkalmazása A DP acélok: • egy személygépkocsi acélszerkezetének 85%-nál lehet AHSS acélokat használni, ezáltal egy átlagos modellhez képest akár 25%-os önsúlycsökkentést is el lehet elérni a gyártási költségek növekedése nélkül, • az AHSS acélok közé a DP, CP, TRIP és MART típusú acélok tartoznak, ezek között kiemelkedő a DP acél alkalmazásai aránya, • DP acélok szilárdsága (Rm=600…1000 MPa), alakváltozó képessége (A80 = 11…18 %). km=10000

70

km=15000

Szakadási nyúlás, Al, %

60 50

km=20000 IF

40 Mild

Korszerű nagyszilárdságú acélok (AHSS)

HS, IF IS

30

BH

CM n

20

DP HS

TR IP

LA

10 MART

0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Szakítószilárdság, Rm, MPa


4



Miskolci Egyetem

A DP acélok autóipari alkalmazása • kiváló szívósság, energiaelnyelő képesség → utasok biztonságát, a karosszéria merevségét szolgáló autóipari alkatrészek anyaga, pl: A, B és C oszlopai, valamint a karosszéria (ajtók, tető, stb.) különböző merevítő elemei


5



Miskolci Egyetem

A DP acélok mikroszerkezete • ferrit-martensites szerkezet, ferrit jó alakíthatóság, martensit kiváló szilárdság, • folyamatos hőkezeléssel, áthúzó kemencében, az interkritikus hőmérsékletre való hevítéssel, megfelelő idejű hőntartással, valamint szabályozott hűtéssel állítják elő ezt a különleges heterogén szerkezetet.


6



Miskolci Egyetem

A DP acélok ponthegeszthetősége, kísérleti acélok • nagyobb fajlagos ellenállás, nagyobb melegszilárdság és megeresztésállóság, • 20…50%-al növelt elektróderő, 20%-al növelt hegesztési idő, kompenzálásként hegesztő áram növelése, növelt elektródcsúcs geometria, B, E, F típus, • a szilárdság növelésével a szövetszerkezet jelentősebb mennyiségű, vakedzett martensitet tartalmaz, az ötvözők és mikroötvözők a varrat és a hőhatásövezet egy részének edződését elősegítik → hűlési sebesség lassítása → szakaszos energiabevitel alkalmazása, hőkezelő ciklus használata. • AC és MFDC áramforrások egyaránt használhatóak, • folyamatos és szakaszos energiabevitellel egyaránt hegeszthetőek, • kísérleti alapanyagok: Docol DP 600, DP 800, és DP 1000-es márkajelű nagyszilárdságú vékonylemezeket választottuk. Bázisként a DC01 jelű lágyacélt használtunk, • a finomlemezek vastagsági mérete névlegesen 1,0 mm volt. A lemeztáblákat nagy szilárdság miatt számjegyvezérlésű lézervágó berendezés segítségével vágtuk a vizsgálatokhoz szükséges méretre. Mechanikai Technológiai Intézeti Tanszék

7



Miskolci Egyetem

A kísérleti DP acélok mikroszerkezete A Docol DP 600, DP 800, és DP 1000 -es alapanyagok mikrocsiszolatai. Nagyítás: 500x. Marószer: Nital. Kiértékelés képelemző szoftver segítségével.

DP 600


DP 800

8

DP 1000



Miskolci Egyetem

A kísérleti DP acélok mechanikai jellemzői  nagy szakítószilárdság, jó képlékenységi mutatók, folytonos szakítódiagram,

nincs kifejezett folyáshatáruk, keményedési kitevőjük nagy, jelentős egyenletes nyúlásra utal, mechanikai tulajdonságaikban kismértékű anizotrópia, a szilárdság növekedésével a Rp0,2 / Rm hányados folyamatosan nő, azaz a törésig rendelkezésre álló alakváltozási tartalék csökken.


9



Miskolci Egyetem

A kísérleti DP acélok vegyi összetétele karbontartalom, minimális szennyezőtartalom (S, P, O, N) jellemzi,

 alacsony

ötvözöttség

és

alacsony

 C-tartalom: 0,10…0,15 %, szilárdság, martensit térfogathányad, növelése

rontja a hegeszthetőséget, csökkenti az ütőmunkát és növeli az átmeneti hőmérsékletet,  Mn-tartalom: 0,5-2,0 %, 1,5 % körüli a leggyakoribb. Szilárdságnövelés, a

kén megkötés, csökkenti a fázisátalakulások kritikus hőmérsékleteit, ferrit/martensit térfogatarány kézben tartása.  egyéb ötvözők: Cr, V, Mo, Si, Ni, B, növelik az edzhetőséget.


10



Miskolci Egyetem

A kísérleti DP acélok ponthegeszthetőségének vizsgálata  hegeszthetőségi feltételek ponthegesztés esetén, nemcsak ömlesztőnél,  elvárás: előírt pontátmérőt reprodukálhatóan, repedésmentesen, az alap-

anyagra és a kötéstípusra jellemző terhelhetőséggel lehessen létrehozni,  vizsgálati kritérium: a kötések maximális keménysége és a pontkötések valamilyen vizsgáló eljárásához kötött kedvezőtlen törési mód megjelenése,  kémiai összetétel hatása: CE=0,24 %-os határérték a kedvezőtlen törési mód megjelenési határa, a kereszt-szakító erő csökkenni kezd,  DP 600-as acélnál a a kötés romló mechanikai jellemzőivel még nem feltétlenül kell számolnunk, DP 800, DP 1000-es acélnál a hőhatásövezetében, illetve a heglencsében helyi keménységcsúcsok, üzem közben akár repedés, kedvezőtlen törési mód megjelenése.


11



Miskolci Egyetem

A DP acélokon végzett ponthegesztési előkísérletek  kemény munkarend: teherviselő képessége megfelel az elvárásoknak,

kigombolódás → de: nagy keménység a heglencsében és a hőhatásövezetben, durva dendrites szerkezet (DP 800, DP 1000),  lágy munkarend: hőhatásövezet keménységének csökkentése 300…350 HV, a heglencse keménysége nagy maradt, további hátrány a hosszabb ciklusidő, nagyobb elektródbenyomódás, durva, dendrites szerkezet, nagyobb elektródkopás, teherbíróképesség csökkenés.  megoldás: a hőhatásövezet és heglencse keménységének mérséklése, valamint a heglencse szerkezetének finomítása → szakaszos energiabevitel alkalmazása (aszimmetrikus kétimpulzus és szimmetrikus kétimpulzus),  aszimmetrikus kétimpulzus: jelentősen mérsékelhető a hőhatásövezet keménysége, a kötések terhelhetősége mégis kedvezőbb, mint lágy munkarend esetén, a ciklusidő növekedése, a heglencse szerkezete nem igazán finomítható. Mechanikai Technológiai Intézeti Tanszék

12



Miskolci Egyetem

A DP acélokon végzett ponthegesztési előkísérletek • A folyamatos (kemény és lágy munkarend) és a szakaszos energiabevitellel ponthegesztett kötések nyíró-szakító ereje és hőhatásövezetének keménysége a hegesztendő alapanyag szakítószilárdságának függvényében: Fny (kN)

kemény munkarend

HAZ HV 0,2 450

14

400

aszimmetrikus kétimpulzus

12

aszimmetrikus kétimpulzus 350

lágy munkarend

10

kemény munkarend

lágy munkarend 300

8 250

6

200

4 300

DC01

400

500

600

DP600

700

800

900

DP 800


1000

150

Rm (MPa)

300

DP 1000

DC01

13

400

500

600

700

DP600

800

DP 800

900

1000

Rm ( MPa)

DP 1000



Miskolci Egyetem

A DP acélokon végzett ponthegesztési előkísérletek  szimmetrikus kétimpulzus: HAZ és a heglencse keménységének csökkenése,

a heglencse szerkezete, a dendritágak méretei jelentősen finomíthatóak, kisebb a benyomódás és a pontátmérő, teherbíró-képesség max. 10%-os csökkenése. DP 600 folyamatos és szakaszos energiabevitel


14



Miskolci Egyetem

A DP acélok szakaszos energiabevitelű ponthegesztése

R

m R5+R6

R5 R6

T °C


Érintkezési és anyagellenállás, m

Az impulzusok közötti szünetidő hatásának vizsgálata: • az impulzusok közötti szünetidő alapvető befolyással bír a pontkötések szemcseszerkezetére, keménységre, teherbírására, illetve tönkremeneteli módjára, kísérletsorozat: a két áramimpulzus közötti szünetidőt 0 periódusról egészen 45 periódusig növeltem 5 periódusos lépcsőkben, • a szünetidő növekedésével a kötések pontátmérője és ezzel összefüggésben a nyíró-szakító ereje is csökken, azonban ez a csökkenő tendencia körülbelül 25 periódus szünetidőnél megáll és a kötések pontátmérője nem csökken tovább, a második impulzus pedig már nem növeli a pontátmérőt, hanem a már meglévő lencse szerkezetét módosítja. Fe = állandó Érintkezési ellenállás Áramimpulzusok Anyagellenállás

Idő, per

15



Miskolci Egyetem

Az impulzusok közötti szünetidő vizsgálata • a pontátmérő szünetidő viszonya,

• 10...15 periódus szünetidő alkalmazása esetén már a heglencse külső része gyűrű alakban elkezd átkristályosodni. A szünetidő növelésével kívülről befelé haladva egyre inkább szélesedik a gyűrű, amely viszonylag lágy, jó alakváltozó képességű, keménysége jó közelítéssel egyezik az alapanyag keménységével. • Mechanikai Technológiai Intézeti Tanszék

16



Miskolci Egyetem

Az impulzusok közötti szünetidő vizsgálata HV0,2

600 Folyamatos enerigabevitel theg: 12+0+0 per

Szakaszos enerigabevitel theg: 6+15+6 per

500

400

300

- x (mm)

-4

-2

0

2

4

x (mm)

• A szünetidő további növelésének hatására eltűnik a belső kemény mag és kb. 45 periódus szünetidőnél a kötés teljes keresztmetszetében átkristályosodik. • Ekkor a kötés közepének keménysége csökken az alapanyagra jellemző keménységre és a kötés szélein lesznek nagy, helyi keménységcsúcsok. Mechanikai Technológiai Intézeti Tanszék

17



Miskolci Egyetem

Az impulzusok közötti szünetidő vizsgálata • A kötés átkritályosodása és a keménységeloszlás változása: a folyamatos energiabevitel és a 30 és 45 periódus hűlési idő keménységének összehasonlítása. HV0,2

600 Folyamatos enerigabevitel theg: 12+0+0 per


500

400

300 - x (mm)


18

-4

-2

0

2

4

x (mm)



Miskolci Egyetem

Az impulzustechnika hatása a DP acélok pontkötéseinek teherbírására • Paraméterkombinációk, amelyekkel mindkét energiabeviteli módnál a lehető legnagyobb, közel egyező nagyságú nyíró-szakító erővel rendelkező pontkötés készíthető fröccsenés nélkül.

• Nyíró-szakító, majd kereszt-szakító és felszakító vizsgálatok, technológiai variánsokra való érzékenység → repedési hajlam.


19



Miskolci Egyetem

Az impulzustechnika hatása a DP acélok pontkötéseinek teherbírására • A pontkötések minősítésére oly gyakran használt nyíró-szakító vizsgálat során a szakaszos energiabevitellel készített kötések teherbíró képessége mintegy 3…5%-al elmarad a folyamatos energiabevitelű pontkötések nyíró-szakító erejétől. Ezzel szemben az impulzustechnikával hegesztett kötések keresztszakító ereje kb. 19…23%-al, míg felszakító ereje 10…31%-al kedvezőbb, mint a folyamatos energiabevitellel ponthegesztett kötéseké. HV0,2 Folyamatos enerigabevitel theg: 12+0+0 per



500

400

300

- x (mm) -4

-2

0

2

4


x (mm)

20



Miskolci Egyetem

A második áramimpulzus hatásának vizsgálata • Folyamatos energiabevitellel ponthegesztett kötés lágyító hőkezelései ↔ összehasonlítás a szimmetrikus kétimpulzussal hegesztett kötéssel HV 0,2

Lágyítás előtt folyamatos energiabevitel

HV 0,2

500

Lágyítás nélkül szimmetrikus kétimpulzus

400

400

Lágyítás 1 min

Lágyítás 1 min

Lágyítás 5 min

Lágyítás 5 min

300

300

Lágyítás 30 min

Lágyítás 15 min

Lágyítás 30 min

200

-x

-4

-2

500

Lágyítás 15 min

200

0

2


4

x

-x

21

-4

-2

0

2

4

x



Miskolci Egyetem

Az impulzustechnika hatása a DP acélok pontkötéseinek dinamikus viselkedésére • Nagyszilárdságú autóipari acéloknál kiemelkedően fontos lehet az ütközéskor elnyelt energia, a törésig rendelkezésre álló alakváltozási tartalék. • Szimmetrikus kétimpulzus alkalmazása révén javult a kötések szemcseszerkezet, keménységeloszlása → kedvezőbb dinamikus jellemzők. • Ellenállás-ponthegesztett kötések ütővizsgálata: nincs szabvány, ütőél és ülék fejlesztése.

próbatest,

• Folyamatos és szakaszos energiabevitel összehasonlítása.


22



Miskolci Egyetem

Az impulzustechnika hatása a DP acélok pontkötéseinek dinamikus viselkedésére • Próbatest


Ülék

Ütőél

23



Miskolci Egyetem

Az impulzustechnika hatása a DP acélok pontkötéseinek dinamikus viselkedésére • A dinamikus összehasonlító vizsgálatokat hagyományos Charpy-ütőgépen végeztük.


24



Miskolci Egyetem

Az impulzustechnika hatása a DP acélok pontkötéseinek dinamikus viselkedésére • A dinamikus összehasonlító vizsgálatok a korábban alkalmazott technológiai paraméterekkel folyamatos és szakaszos energiabevitel esetén:


25



Miskolci Egyetem

Az impulzustechnika hatása a DP acélok pontkötéseinek dinamikus viselkedésére • A dinamikus összehasonlító vizsgálatok a korábban alkalmazott technológiai paraméterekkel folyamatos és szakaszos energiabevitel esetén


26



Miskolci Egyetem

Az impulzustechnika hatása a DP acélok pontkötéseinek dinamikus viselkedésére • Tönkremeneteli mód és alakváltozási tartalék növelésének lehetőségei:


27



Miskolci Egyetem

Összefoglalás A nagyszilárdságú autóipari ferrit-martensites DP acél vékonylemezek vizsgálata során az alábbiakat állapítottam meg: 1. A DP acélokból készülő, statikus igénybevételnek kitett alkatrészek ponthegesztéséhez, ahol az elsődleges átvételi követelmény a minimális nyíró-szakító erő, elfogadható megoldást jelenthet a célszerűen megválasztott folyamatos energiabevitelű technológia. 2. A dinamikusan igénybevett, élet- és vagyonbiztonság szempontjából fontos alkatrészek, teherviselő elemek (pl.: autók B-oszlopa) hegesztésére célszerűbb a szakaszos energiabevitelt alkalmazni. Szimmetrikus kétimpulzusú szakaszos energiabevitellel a DP acélok pontkötéseinek szemcseszerkezete finomítható, keménységeloszlása jelentősen javítható. Megfelelően nagy impulzusok közötti szünetidővel a heglencse egy része, vagy akár egésze a második áramimpulzussal átkristályosítható. 3. Az impulzustechnika következtében kis mértékben csökken a pontkötések maximális nyíró-szakító ereje, de ezt bőségesen ellensúlyozza, hogy kedvezőbb lesz a kötések fel- és kereszt-szakító ereje, tönkremeneteli módja, illetve jelentős mértékben javíthatók a pontkötések dinamikus jellemzői. Mechanikai Technológiai Intézeti Tanszék

28



Miskolci Egyetem

KÖSZÖNÖM A MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET! Köszönetnyilvánítás Az előadásban ismertetett kutatómunka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt eredményeire alapozva a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 jelű projekt részeként – az Új Széchenyi Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.


29


Szakaszos energiabevitel előnyei autóipari DP acélok ellenállás-ponthegesztésekor

Recommend Documents