CZ35965U1

CZ35965U1 - Drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře

Info

Publication number: CZ35965U1
Application number: CZ202139493U
Authority: CZ
Inventors: Kazuya Ikai; Hikaru Kinashi; Hikaru KINASHI; Yasuyuki Yokota
Original assignee: Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Chu.oku, Kobe-shi
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-04-26
Also published as: JP2021074770A; MX2020004956A; CN114616072B; CN114616072A; DE202020005709U1; KR20220064409A; BR112022007798A2; JP6771638B1; US20210138591A1; JP7448458B2; JP2021074777A; WO2021090519A1; CA3079735C; AR118911A1; SK9562Y1; EP3819071A1; US11117223B2; CA3079735A1; EP3819071B1; SK500962021U1

Description

Drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře

Oblast techniky

Toto řešení se týká drátu pro obloukové svařování v ochranné atmosféře.

Dosavadní stav techniky

V posledních letech se vzhledem ke zvyšování úrovně požadavků na ekologické vlastnosti aktivně prosazuje technický vývoj týkající se zlepšování palivové účinnosti automobilů apod. Příklady způsobu zlepšení palivové účinnosti automobilů a podobných zařízení zahrnují zlepšení účinnosti spalovacího motoru, hybridizaci spalovacího motoru a elektrifikaci spalovacího motoru. Vzhledem k tomu, že v případě elektrifikace bývá hmotnost karoserie vozidla zvýšena v důsledku montáže akumulátoru, pokročil také vývoj odlehčovací technologie. Aktivně se například prosazují pokusy o snížení hmotnosti vozidla použitím tenkého ocelového plechu, který má vyšší pevnost než ocelový plech v příbuzném oboru, přičemž se sníží tloušťka vozidla.

Vzhledem k tomu, že díly podvozku jsou ve vlhkém prostředí vystaveny korozivnímu vlivu solí nebo obecně prostředků pro tání sněhu z povrchu vozovky, je však lokální snížení tloušťky ocelového plechu spojeno s technickými problémy. Aby bylo možné realizovat další snížení hmotnosti vozidla, existuje proto také potřeba technologie schopné zabránit korozi dílů podvozku a také potřeba dílů podvozku, které mají dostatečnou pevnost a odolnost i při snížení tloušťky ocelového plechu.

Obecně se jako způsob ochrany dílů podvozku před korozivním prostředím používá metoda elektrodepozičního povlakování po obloukovém svařování. Pokud se však elektrodepoziční povlak provádí po svařování, nevytvoří se na svarové strusce elektrodepoziční povlakový film, což má za následek defekt povlaku a vznik koroze postupující z tohoto defektu. Zvětšením tloušťky elektrodepozičního povlakového filmu se sice zabrání vzniku vad při svařování, ale povlakový film se může odloupnout spolu s částí strusky v důsledku sil působících při jízdy a z části, ze které se povlakový film odloupne, může postupovat koroze, i když je na strusce vytvořen povlakový film.

Pokud jde o díly používané blíže k povrchu vozovky a díly, které jsou mezi díly podvozku tenčí, je kromě toho jako opatření proti korozi aplikován způsob zlepšení odolnosti proti korozi založený na obětním antikorozním účinku zinku při použití pozinkovaného ocelového plechu, i když se povlakový film odlupuje. Při obloukovém svařování se však zinek ve svarové části vlivem tepla odpařuje, a proto nelze ve svarové housence očekávat dodatečný účinek zlepšení korozní odolnosti. Proto může docházet ke korozi v důsledku špatného povlaku na svarové strusce, nebo i když je povlakový film vytvořen, může docházet ke korozi v důsledku odlupování strusky během jízdy.

V dokumentu JP S62124095 A (dokument Dl) je například popsán svařovací drát, ve kterém je upraven obsah C, Si a Mn a celkový obsah jednoho nebo dvou nebo více vybraných prvků ze Zr, Ti a AI je zvolen tak, aby se zabránilo zhoršení trvanlivosti dílů tím, že se nevytvoří povlakový film na části pokryté struskou, i když se po svařování provede elektrodepoziční povlak. V dokumentu Dl je uvedeno, že odlupovací vlastnost strusky ulpívající na svarové části po svařování je vynikající a struska se dá snadno odloupnout. V posledních letech se pro zajištění spolehlivosti používá metoda fyzického odstranění strusky po svařování, a to především u luxusních automobilů.

Při použití drátu popsaného v dokumentu Dl se však zvyšuje počet výrobních kroků a zvyšují se výrobní náklady z důvodu přidání technologického kroku odstraňování strusky. Při obloukovém

- 1 CZ 35965 UI svařování existuje rovněž požadavek na drát s menší tvorbou rozstřiku s ohledem na zpracovatelnost a podobně.

Dále je pravděpodobné, že ve svarovém spoji, jako je například lapovací svar, se bude v důsledku nespojitosti tvaru koncentrovat napětí, a pokud dojde ke zmenšení tloušťky i na dílu, stane se faktorem únavového lomu. Proto je také požadováno, aby špička svarového spoje byla hladká.

Podstata technického řešení

Předkládané řešení bylo provedeno s ohledem na výše popsané situace a jeho předmětem je poskytnutí drátu pro obloukové svařování v ochranné atmosféře, u něhož je množství rozstřiku vznikajícího při svařování tak malé, že není nutný další provozní krok, jako je odstraňování strusky po svařování, přičemž lze získat svarový díl s vynikající elektrodepoziční povlakovatelností a dobrým tvarem svarové housenky.

V důsledku intenzivních studií zaměřených na řešení výše uvedených problémů současní vynálezci zjistili, že vynikající elektrodepoziční povlakovatelností lze dosáhnout bez odstraňování strusky po svařování, a to rovnoměrným vytvořením tenké (dlouhé) strusky na svarové části. Konkrétně úpravou obsahu Si a Ti v drátu a vhodným řízením rovnováhy složek je možné snížit množství rozstřiku vznikajícího při svařování, dosáhnout dobrého tvaru svarové housenky a rovnoměrně vytvořit tenkou strusku s vysokou přilnavostí na svarové části. Vzhledem k přítomnosti tenké strusky je možné zabránit vzniku defektů v povlakové vrstvě vytvořené elektrodepozičním povlakem na svarové části. Současní vynálezci rovněž zjistili, že tvar svarové housenky lze zlepšit zejména řízením obsahu N mezi složkami v drátu.

Ačkoli mechanismus, jakým se po svařování rovnoměrně vytváří tenká struska, která rovnoměrně tvoří povlakový film elektrolytickým nanášením jako celek, není zcela jasný, předpokládá se, že vodivost tenké strusky a silné strusky je rozdílná. Kromě toho se předpokládá, že důvod, proč se při vytvoření elektrolytického povlakového filmu o velké tloušťce odlupuje povlakový film spolu se struskou, je následující: na povrchu dílu se vytvářejí v důsledku vytvoření povlakového filmu na nerovnoměrné tloušťce strusce schůdky s vysokým sklonem k odlupování v důsledku sil, působících během jízdy.

Předkládané řešení bylo vytvořeno na základě těchto poznatků.

Drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře podle tohoto řešení obsahuje, vztaženo na celkovou hmotnost drátu:

C: 0,01 % hmota, až 0,10 % hmota.;

Si: 0,05 % hmota, až 0,55 % hmota.;

Mn: 1,60 % hmota, až 2,30 % hmota.;

Ti: 0,05 % hmota, až 0,25 % hmota.;

Cu: 0,01 % hmota, až 0,30 % hmota.;

S: 0,001 % hmota, až 0,020 % hmota.;

N: 0,0045 % hmota, až 0,0150 % hmota.;

AI: 0,10 % hmota, nebo méně a

-2CZ 35965 UI

P: 0,025 % hmota, nebo méně, přičemž popřípadě dále obsahuje alespoň jeden z těchto prvků:

Cr: 0,10 % hmota, nebo méně a

Mo: 0,10 % hmota, nebo méně, kde zbytek do 100 % hmota, tvoří Fe a nevyhnutelné nečistoty, jako Zr, Ni, Co, Li, Sn, Sb, Bi, B, As, přičemž je splněn následující vztah:

0,1 < [Ti]/[Si] < 3,0 kde [Si] je obsah Si v % hmota., vztažený na celkovou hmotnost drátu a

[Ti] je obsah Ti v % hmota., vztažený na celkovou hmotnost drátu.

V jednom aspektu drátu pro obloukové svařování v ochranné atmosféře je obsah Si přednostně 0,25 % hmota, nebo méně.

V jednom aspektu drátu pro obloukové svařování v ochranné atmosféře je obsah Ti přednostně 0,12 % hmota, nebo více.

V jednom aspektu drátu pro obloukové svařování v ochranné atmosféře v plynu drát dále přednostně obsahuje alespoň jeden z těchto prvků: Cr: 0,10 % hmota, nebo méně a Mo: 0,10 % hmota, nebo méně.

V jednom aspektu drátu pro obloukové svařování v ochranné atmosféře je přednostně splněn následující vztah:

([Si] + [Ti]/3)/([C]/2 + 2x[Al]) > 3 kde [C] je obsah C (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátu a [AI] je obsah AI (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátu.

Výhodné účinky řešení

Podle předkládaného řešení je možné poskytnout drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře, díky němuž je množství rozstřiku vznikajícího při svařování malé, není nutný takový krok, jako je odstranění strusky po svařování, a lze získat svarový díl s vynikající elektrodepoziční povlakovatelností a dobrým tvarem svarové housenky.

Objasnění výkresů

Obr. 1 je perspektivní pohled znázorňující podmínky svařování v ochranné atmosféře.

Obr. 2 je boční pohled znázorňující podmínky svařování v ochranném plynu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Dále jsou podrobně popsána provedení tohoto řešení. Je třeba poznamenat, že současné řešení není omezené na níže popsaná provedení a může být, popřípadě změněné, aniž by došlo k vybočení

-3 CZ 35965 UI z rozsahu tohoto řešení. Dále je podrobně popsán důvod doplnění a důvod početního omezení součástí obsažených v drátu pro obloukové svařování v ochranné atmosféře v tomto provedení. V následujícím popisu je množství jednotlivých složek v drátu definováno jejich obsahem vzhledem k celkové hmotnosti drátu.

C: 0,01 % hmota, až 0,10 % hmota.

C je složka s deoxidačním účinkem a účinkem zvyšujícím pevnost svarového kovu. Vzhledem k tomu, že se při svařování tenkého plechu používá svařování jedním tahem, není možné, aby se pevnost snížila na rozdíl od případu vícevrstvého svařování, které doprovází opětný ohřev, a lze dosáhnout pevnosti stejné nebo vyšší než pevnost základního kovu.

Pokud je obsah C v drátu menší než 0,01 % hmota., je obtížné dosáhnout minimální pevnosti požadované pro měkkou ocel. Proto je obsah C v drátu 0,01 % hmota, nebo více, výhodněji 0,02 % hmota, nebo více a výhodněji 0,03 % hmota, nebo více, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

Na druhé straně, pokud je obsah C v drátu vyšší než 0,10 % hmota., zvyšuje se dezoxidační účinek a viskozita kapek, a proto je pravděpodobné, že dojde k rozstřiku v důsledku zkratu. Kromě toho v blízkosti oblouku vzniká CO v důsledku kombinace C a kyslíku, a proto je pravděpodobné, že dojde k rozstřiku v důsledku výbuchu a zvýší se emise dýmu. Obsah C je proto v rozmezí, při kterém lze dosáhnout požadované pevnosti svarového kovu, pokud možno malý. Proto je obsah C v drátu 0,10 % hmota, nebo méně, výhodněji 0,09 % hmota, nebo méně a výhodněji 0,08 % hmota, nebo méně, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

Si: 0,05 % hmota, až 0,55 % hmota.

Si je složka s deoxidačním účinkem, která má vliv na zlepšení tvaru svarové housenky. Obsah Si v drátuje vhodně regulován, takže tvar koncové části svaru může být formován do hladkého tvaru svarové housenky.

Je-li v drátu obsaženo vhodné množství Si, může být kromě toho díky fázi Si obsažené ve strusce zvýšena přilnavost mezi struskou a svarovým kovem. V důsledku toho lze také zlepšit prevenci koroze. Je-li obsaženo vhodné množství Si, snižuje se dále množství rozstřiku vznikajícího při svařování. Proto je obsah Si v drátu 0,05 % hmota, nebo více vztaženo na celkovou hmotnost drátu, a protože při malém obsahu Si pravděpodobně dochází k rozstřiku, je obsah Si výhodně 0,10 % hmota, nebo více, výhodněji 0,12 % hmota, nebo více a ještě výhodněji 0,15 % hmota., vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

Na druhou stranu, pokud je obsah Si v drátu vyšší než 0,55 % hmota., je pravděpodobné, že struska vzniklá spojením Si s kyslíkem bude agregovat a tloušťka strusky se zvýší. V souladu s tím je méně pravděpodobné, že se na povrchu strusky vytvoří povlakový film z elektrodepozice, a vznikají vady povlaku. Proto je obsah Si v drátu 0,55 % hmota, nebo méně, výhodněji 0,40 % hmota, nebo méně, výhodněji 0,35 % hmota, nebo méně, ještě výhodněji 0,30 % hmota, nebo méně a ještě výhodněji 0,25 % hmota, nebo méně, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

Mn: 1,60 % hmota, až 2,40 % hmota.

Mn je důležitou složkou pro zajištění požadované pevnosti svarového kovu. Protože v drátu v tomto provedení jsou obsahy C a Si v drátu omezen na určitý rozsah, aby se zlepšila zpracovatelnost a zabránilo korozi svarového dílu, je nutné vhodně kontrolovat obsah Mn, aby se dosáhlo dostatečné pevnosti svarového kovu. Vzhledem k tomu, že MnO má vyšší vodivost než S1O2, je pravděpodobné, že se při vysokém obsahu MnO ve strusce po svařování na strusce rovnoměrně vytvoří povlakový film.

-4CZ 35965 UI

Pokud je obsah Mn v drátu nižší než 1,60 % hmota., je obtížné dosáhnout dostatečné pevnosti svarového kovu a nelze dostatečně dosáhnout efektu vytvoření povlakového filmu na strusce. Proto je obsah Mn v drátu 1,60 % hmota, nebo více, výhodněji 1,65 % hmota, nebo více, výhodněji 1,70 % hmota, nebo více a ještě výhodněji 1,80 % hmota, nebo více, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

Na druhé straně, pokud je obsah Mn v drátu vyšší než 2,40 % hmota., probíhá deoxidace nadměrně a množství kyslíku v tavné lázni se snižuje. V souladu s tím se viskozita a povrchové napětí kapiček zvyšují a je narušen tvar housenky. Proto je obsah Mn v drátu 2,40 % hmota, nebo méně, výhodněji 2,30 % hmota, nebo méně, výhodněji 2,20 % hmota, nebo méně a ještě výhodněji 2,10 % hmota, nebo méně, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

Cu: 0,01 % hmota, až 0,30 % hmota.

Cu má vliv na zlepšení prevence koroze drátu a z hlediska spodní hranice je obsah Cu 0,01 % hmota, nebo více. Obsah Cu v drátuje přednostně 0,05 % hmota, nebo více, přednostně 0,10 % hmota, nebo více a zejména 0,15 % hmota, nebo více, vztaženo na celkovou hmotnost drátu. Na druhou stranu, pokud je obsah Cu vyšší než 0,30 % hmota., nelze dosáhnout požadované odolnosti proti praskání. Proto je obsah Cu v drátu výhodně 0,25 % hmota, nebo méně, a ještě výhodněji 0,20 % hmota, nebo méně.

Ti: 0,05 % hmota, až 0,25 % hmota.

Ti je v tomto provedení jedním z nej důležitějších prvků v drátu a je složkou, která má deoxidační účinek a účinek změny fyzikálních vlastností strusky. Ačkoli mechanismus související s účinkem Ti není vždy jasný, současní vynálezci zjistili, že když v kompozitní strusce z Si, Mn a Ti drát obsahuje vhodné množství Ti, vzniká kompozitní struska pokrytá Ti. Taková struska vykazuje nejen elektrodepoziční povlakovatelnost, ale také dobrou adhezi mezi struskou a základním kovem, takže koroze téměř neprobíhá.

Pokud je obsah Ti v drátu menší než 0,05 % hmota., je obtížné dosáhnout požadovaného stavu strusky. Proto je obsah Ti v drátu 0,05 % hmota, nebo více, výhodněji 0,12 % hmota, nebo více a výhodněji 0,16 % hmota, nebo více, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

Pokud je obsah Ti v drátu vyšší než 0,25 % hmota., probíhá naproti tomu deoxidace nadměrně a množství vznikající strusky je nadměrně velké. Tvar svarové housenky se tak zhoršuje v důsledku nárůstu tloušťky strusky a nadměrně probíhajícího dezoxidačního působení. Proto je obsah Ti v drátu 0,25 % hmota, nebo méně, výhodněji 0,23 % hmota, nebo méně a výhodněji 0,21 % hmota, nebo méně, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

AI: 0,10 % hmota, nebo méně (včetně 0 % hmota.)

AI je složka s deoxidačním účinkem a s účinkem změny fýzikálních vlastností strusky. AI je prvek, který snižuje adhezivitu strusky, protože AI má účinek agregace strusky. Proto je obsah AI v drátu 0,10 % hmota, nebo méně, výhodněji 0,05 % hmota, nebo méně a výhodněji 0,03 % hmota, nebo méně, vztaženo na celkovou hmotnost drátu. V případě, že je AI obsažen, je obsah AI výhodně 0,001 % hmota, nebo více.

P: 0,025 % hmota, nebo méně (včetně 0 % hmota.)

P je prvek, který snižuje odolnost svarového kovu proti praskání, a čím menší je obsah P v drátu, tím je výhodnější.

Pokud je obsah P v drátu větší než 0,025 % hmota., nelze dosáhnout požadované dolnosti proti praskání. Proto je obsah P v drátu 0,025 % hmota, nebo méně, výhodněji 0,020 % hmota, nebo

-5CZ 35965 UI méně, výhodněji 0,015 % hmota, nebo méně a ještě výhodněji 0,010 % hmota, nebo méně, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

S: 0,001 % hmota, až 0,020 % hmota.

S je prvek s účinkem agregace strusky a zlepšení tvaru svarové housenky. Například při změně obsahu S v drátu ve stavu, kdy je množství strusky konstantní, dochází s nárůstem obsahu S k agregaci strusky při současném zvětšení tloušťky, takže čím je obsah S menší, tím je stav výhodnější pro elektrodepoziční povlakování. Na druhou stranu, čím větší je obsah S, tím výhodnější je tvar svarové housenky.

Pokud je obsah S v drátu menší než 0,001 % hmota., je tvar svarové housenky špatný. Proto je obsah S v drátu 0,001 % hmota, nebo více, výhodněji 0,003 % hmota, nebo více a výhodněji 0,005 % hmota, nebo více, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

Na druhou stranu, pokud je obsah S v drátu vyšší než 0,020 % hmota., je obtížné rovnoměrně vytvořit tenkou strusku na svarovém kovu a existuje možnost, že se elektrodepoziční povlakový film nevytvoří nebo se odloupne spolu se struskou. Proto je obsah S v drátu 0,020 % hmota, nebo méně, výhodněji 0,015 % hmota, nebo méně a výhodněji 0,010 % hmota, nebo méně, vztaženo na celkovou hmotnost drátu.

N: 0,0045 % hmota, až 0,0150 % hmota.

N je prvek, který má vliv na zlepšení pevnosti svarového kovu, snížení povrchového napětí svarového kovu a zlepšení tvaru svarové housenky. Dále N zlepšuje pevnost svarového kovu a zvyšuje únavovou odolnost. Pokud je obsah N v drátu menší než 0,0045 % hmota., pevnost svarového kovu klesá a povrchové napětí je příliš vysoké, a tím se zhoršuje tvar svarové housenky. Pokud je obsah N v drátu vyšší než 0,0150 % hmota., je povrchové napětí roztaveného kovu příliš nízké, zvyšuje se množství rozstřiku a zhoršuje se tvar svarové housenky. Dále se také zhoršuje přilnavost strusky. Proto je obsah N v drátu 0,0045 % hmota, nebo více, výhodněji 0,0047 % hmota, nebo více a výhodněji 0,0055 % hmota, nebo více. Obsah N může být 0,0065 % hmota, nebo více, 0,0075 % hmota, nebo více, 0,0085 % hmota, nebo více a 0,0095 % hmota, nebo více. Kromě toho je obsah N v drátu 0,0150 % hmota, nebo méně, výhodněji 0,0130 % hmota, nebo méně a ještě výhodněji 0,0110 % hmota, nebo méně.

O: 0,0010 % hmota, až 0,0050 % hmota.

O není v tomto provedení základní složkou drátu, ale obsah Oje přednostně v rozmezí 0,0010 % hmota, nebo více a 0,0050 % hmota, nebo méně, protože O je prvek, který ovlivňuje množství generované strusky a má vliv na snížení povrchového napětí a zlepšení tvaru housenky. Pokud je obsah O v drátu 0,0010 % hmota, nebo více, zlepšuje se tvar svarové housenky. Pokud je obsah O v drátu 0,0050 % hmota, nebo méně, lze snížit množství strusky při svařování. Proto je obsah O v drátu výhodně 0,0010 % hmota, nebo více, výhodněji 0,0015 % hmota, nebo více, ještě výhodněji 0,0020 % hmota, nebo více a ještě výhodněji 0,0030 % hmota, nebo více. Kromě toho je obsah O v drátu výhodně 0,0050 % hmota, nebo méně a ještě výhodněji 0,0040 % hmota, nebo méně.

Cr: 0,001 % hmota, až 0,10 % hmota., Mo: 0,001 % hmota, až 0,10 % hmota.

Cr a Mo nejsou nezbytnými složkami drátu tohoto provedení, ale mohou být obsaženy za účelem zlepšení pevnosti. Cr nebo Mo mohou být obsaženy v rozmezí Cr: 0,001 % hmota, nebo více a 0,10 % hmota, nebo méně, nebo Mo: 0,001 % hmota, nebo více a 0,10 % hmota, nebo méně. Cr i Mo mohou být obsaženy v rozmezí Cr: 0,001 % hmota, nebo více a 0,10 % hmota, nebo méně a Mo: 0,001 % hmota, nebo více a 0,10 % hmota, nebo méně.

-6CZ 35965 UI

Zbytek

Zbytek drátu v tomto provedení tvoří Fe a nevyhnutelné nečistoty. Mezi nevyhnutelné nečistoty patří například Zr, Ni, Co, Li, Sn, Sb, Bi, B, As a podobně.

Dále může drát v tomto provedení obsahovat Ni, Co, B a/nebo Sb v rozmezí Ni < 0,10 % hmota., Co < 0,10 % hmota., B < 0,01 % hmota, a Sb < 0,01 % hmota.

0,1 < [Ti]/[Si] <3,0

Stav rozdělení strusky lze řídit vhodným řízením poměru obsahu Ti a obsahu Si v drátu. Pn pozorování tvorby strusky v roztavené lázni během svařování je pozorován stav, kdy vzniká velké množství jemných strusek. Proto se předpokládá, že při vhodném řízení poměru obsahu Ti a obsahu Si se na svarovém kovu šíří tenká struska.

V případě, že obsah Si (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátuje definován jako [Si] a obsah Ti (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátuje definován jako [Ti], kdy se obsah Si vzhledem k obsahu Ti zvyšuje a hodnota získaná podle následujícího vzorce (1) je menší než 0,1, existuje možnost, že se struska shlukuje a povlaková vrstva elektrodového povlaku se nevytvoří nebo se struskou odloupne. Proto, aby se snížila tloušťka strusky, je nutné stanovit hodnota získanou podle následujícího vzorce (1) na 0,1 nebo více, nejlépe 0,4 nebo více aještě lépe 1,0 nebo více.

Pokud se naopak zvýší obsah Ti vzhledem k obsahu Si a hodnota získaná podle následujícího vzorce (1) je větší než 3,0, zvýší se nadměrně množství generované strusky, zvýší se tloušťka strusky a zhorší se tvar svarové housenky. Proto se požaduje, aby hodnota získaná podle následujícího vzorce (1) byla 3,0 nebo nižší, výhodněji 2,8 nebo nižší a výhodněji 2,5 nebo nižší.

[Ti]/[Si] ... (1)

0,7 < (ΙΟΟΟχ [S] x [O])/([S] +0,3 χ[N]+0,5 χ[O]) <3,0

S, N a O v drátu mají vliv na snížení povrchového napětí a zlepšení tvaru housenky. Protože však S agreguje strusku a O způsobuje zvýšení jejího množství, bylo zjištěno, že nadměrný přídavek S nebo O může způsobit zhoršení elektrodepoziční povlakovatelnosti. V důsledku intenzivních studií současní vynálezci zjistili, že parametr, jehož proměnnou je obsah S, N a O, je řízen v určitém rozmezí, takže tvar svarových housenek lze více zlepšit při zachování dobré elektrodepoziční povlakovatelnosti. V případě, že obsah S (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátu je definován jako [S], obsah O (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátuje definován jako [O] a obsah N (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátu je definován jako [N], když hodnota získaná podle následujícího vzorce (2) je 0,7 nebo více a 3,0 nebo méně, lze dále zlepšit elektrodepoziční povlakování a tvar housenky. Hodnota získaná podle následujícího vzorce (2) je výhodnější 1,0 nebo více. Hodnota získaná podle následujícího vzorce (2) je výhodnější 2,5 nebo méně.

(1000x[S]x[0])/([S]+0,3x[N]+0,5x[0]) ... (2) ([Si]+[Ti]/3)/([C]/2+2x[AI]) >3

Množství rozstřiku vznikajícího při svařování lze snížit vhodným řízením poměru obsahu Si a obsahu Ti k obsahu C a obsahu AI v drátu. Například při sledování chování přenosu kapek během svařování pulzním obloukem byl pozorován stav, kdy při příliš nízké viskozitě nedocházelo k uspokojivému odtržení kapek, které by způsobilo zkrat, nebo stav, kdy se rozstřik generoval ze samotné roztavené lázně. Při vhodném řízení poměru obsahu Si a obsahu Ti k obsahu C a obsahu

-7 CZ 35965 UI

Al se předpokládá, že se kapky snadno oddělují a množství rozstřiku se snižuje tím, že se zabrání nadměrnému poklesu viskozity.

Za předpokladu, že obsah Si (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátuje definován jako [Si], obsah Ti (% hmota.) vztažený na celkovou hmotnost drátuje definován jako [Ti], obsah C (% hmota.) je definován jako [C], a obsah AI (% hmota.) na celkové hmotnosti drátuje definován jako [AI], pokud je hodnota získaná podle následujícího vzorce (3) 3 nebo vyšší, dochází k dobrému oddělování kapek, vhodně se udržuje počet zkratů a lze provádět svařování s menším rozstřikem. Proto je hodnota získaná podle následujícího vzorce (3) výhodně 3 nebo více, výhodněji 7 nebo více a ještě výhodněji 10 nebo více.

([Si]+[Ti]/3)/([C]/2+2x[Al])... (3)

Ochranný plyn: Směsný plyn Ar-CO2

V případě, že se svařování provádí pomocí drátu v této formě provedení, lze jako ochranný plyn použít například směsný plyn Ar-CO2. Při použití směsného plynu Ar-CO2 se množství strusky vzniklé oxidací snižuje, protože množství kyslíku obsaženého v ochranném plynu je malé. Jako poměr směsného plynu Ar-CO2 lze použít například 80 % obj. směsného plynu Ar-20 % obj. směsného plynu CO2 nebo podobně.

Poloha svařování pomocí drátu v tomto provedení není nijak zvlášť omezena. Dále není v této formě provedení významně omezena velikost (průměr) drátu a lze tudíž použít drát s průměrem definovaným v souladu s normou pro svařovací materiál, například AWS nebo JIS.

Výroba drátu

Při výrobě drátu v tomto provedení lze drát vyrábět obvyklým způsobem, aniž by bylo nutné stanovit zvláštní výrobní podmínky. Například ocel, která má výše uvedené složky, se roztaví, aby se získal ingot. Ingot se podle potřeby podrobí kování za tepla nebo podobně, poté se provede válcování za tepla a dále se provede tažení za studená, aby se vytvořil drát. Drát je podle potřeby žíhán při teplotě přibližně 500 °C až 900 °C, po moření je podroben mědění a dále je podle potřeby podroben konečnému tažení k dosažení požadovaného cílového průměru. Poté se pro vytvoření drátu pro svařování podle potřeby nanese mazivo.

Dále jsou účinky tohoto řešení konkrétně popsané s odkazem na příklady podle řešení a srovnávací příklady, které však předkládané řešení nijak neomezují.

Drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře o průměru drátu 1,2 mm byl vyroben tak, aby obsah různých chemických složek v drátu odpovídal hodnotám uvedeným v Tabulce 1A.

Obloukové svařování v ochranné atmosféře

Na OBR. 1 je znázorněn perspektivní pohled popisující podmínky svařování v ochranném plynu pomocí drátů v příkladech podle řešení a srovnávacích příkladech. OBR. 2 představuje pohled z boku. Dva ocelové plechy ve tvaru desky, každý o délce 150 mm, šířce 50 mm a tloušťce 2,9 mm, byly naskládány na sebe tak, aby byly horizontálně posunuty o 20 mm ve směru šířky (interval trasy: 0 mm), a koutový svar, který byl vytvořen mezi horním povrchem spodního ocelového plechu 1 a bočním povrchem horního ocelového plechu 2, byl podroben horizontálnímu koutovému svařování, které bylo provedeno za podmínek svařování uvedených v níže uvedené Tabulce 2 s použitím každého z drátů pro obloukové svařování v ochranné atmosféře podle příkladů řešení a srovnávacích příkladů.

-8CZ 35965 UI

Svařování bylo zahájeno v poloze, která byla vzdálena 15 mm od jednoho konce ocelových plechů 1, 2 v podélném směru, svařování probíhalo ve směru šipky A ve vzdálenosti 120 mm a poté bylo svařování ukončeno v poloze, která byla na opačné straně než poloha zahájení svařování a byla vzdálena 15 mm od druhého konce ocelových plechů 1, 2 v podélném směru, čímž vznikl svarový kov 3. Jak je znázorněno na obr. 2, úhel svařovacího hořáku 4 byl vzhledem ke směru svislému na ocelový plech 1 45° a cílová poloha drátu 4a byla vzdálena asi 0,5 mm od koncového povrchu ocelového plechu 2 ve směru šířky.

Vyhodnocení drátu

Přilnavost strusky

Přilnavost strusky se hodnotila tak, že se ocelovým dlátem udeřilo do povrchu svarového kovu po svařování a zkontrolovalo se, zda struska opadla. Přilnavost strusky byla hodnocena jako A (dobrá) v případě, že struska z povrchu svarového kovu neodpadávala, a byla hodnocena jako B (špatná) v případě, že se struska snadno odlupovala a odpadávala.

Prevence koroze

Na povrchu spojovacího prvku získaného svařováním byl elektrodepozičním povlakem vytvořen povlakový film a poté byla provedena cyklická korozní zkouška podle JIS K 5600-7-9 (2006) pro vyhodnocení prevence koroze jako ukazatele elektrodepoziční povlakovatelnosti. Ochrana proti korozi byla vyhodnocena jako A (dobrá) v případě, že plošný podíl rzi vzniklé na svarové liště byl po 30 cyklech cyklických korozních zkoušek 0 % nebo více a méně než 20 %, a byla vyhodnocena jako B (špatná) v případě, že plošný podíl rzi byl 20 % nebo více. Některé zkušební kusy nebyly podrobeny cyklické korozní zkoušce a případ, kdy byla na svarovém kovu rozprostřena tenká struska a elektrodepoziční povlakovatelnost byla dobrá, byl vyhodnocen jako A (dobrý) a případ, kdy se struska na svarovém kovu shlukovala a elektrodepoziční povlakovatelnosti byla zhoršená, byl vyhodnocen jako B (špatný).

Tvar housenky

Příčný řez vyrobenou částí koutového svaru byl zalit do pryskyřice a byla sledována navařená koncová část na spodní straně plechu. Pozorování bylo provedeno při 50násobném zvětšení. Případ, kdy byl tvar zvláště hladký, byl hodnocen jako A, případ, kdy byl tvar hladký, byl hodnocen jako B a případ, kdy byl tvar špatný, byl hodnocen jako C.

Pevnost

Pro každý drát byl připraven svarový kov a pevnost v tahu (MPa) byla stanovena měřením tahového zatížení. Tahová zkouška celkového svarového kovu byla provedena odebráním zkušebního vzorku A0 ze středu zkušebního plechu v tahu podle normy JISZ3111:2015.

Malé množství rozstřiku

Jako výsledek senzorického hodnocení při svařování pulzním obloukem byl případ zvláště malého množství rozstřiku hodnocen jako A, případ malého množství rozstřiku byl hodnocen jako B, případ mírného množství rozstřiku byl hodnocen jako C a případ mnoha zkratů a velkého množství rozstřiku byl hodnocen jako D (špatný).

Chemické složky jednotlivých drátů a výsledky hodnocení jednotlivých zkoušek jsou společně uvedeny v tabulkách 1A a 1B. Zbytek chemických složek drátu tvoří Fe a nevyhnutelné nečistoty a množství každé složky v drátu je uvedeno obsahem (% hmota.) vzhledem k celkové hmotnosti drátu. V tabulce 1 je vzorec (1) [Ti]/[Si], vzorec (2) je

-9CZ 35965 UI (1000 x [S] x [O])/([S] + 0,3 x [N] + 0,5 χ [O]) a vzorec (3) je ([Si] + [Ti]/3)/([C]/2 + 2 χ [Al]). V tabulce 1 znamená ve sloupcích Cr a Mo, že jejich obsah je menší než 0,01 % hmota. Dále ve sloupcích výsledků hodnocení znamená že se hodnocení neprovádí.

Tabulka 1A

-10 CZ 35965 UI

o o g	0.0025	0,0025
		Ό
	X	i**·!
	Γ5	Ο

	Φ	Φ
,	>
1	0,45	,
	<χ-
8	g	g
Φ	φ	©

N	ι <	,*^ι

	©	φ
		rř
	ř 1	η

O		6

O	L.
o
o		φ
	_,	Φ

	φ	φ

Φ	φ
	'C	ť>
		η
“I	•Μ
Ό		Οι
o

6	φ	Ο
!<n
Φ ©'	Ο	C
φ	φ
ϋθ	φ	φ
—¹	-------------------1	Μ

Γ<'	ΰθ	Φ C1 § φ

©	-I
	©	φ
wo		\|.
1.33	»
	VI	00
Stí φ	φ	a
φ	φ	ο
	Ο\
Γ5	, ,\|	. 1

Φ	φ	φ
Ό	’Λ	00

Φ	Φ	θ’
Ch	Μ
		Ο
		ο

^ř»*^	φ	ο
	ť-	t'
I I	11	φ
‘„í		φ
		φ
Os		φ
ι*\	--Η	φ
—	γΓ	<·ί
ÍTl	Γ>	rj
Ο	©	φ'
	‘Ο	»η
ο	φ	Φ
φ	φ	φ
		r>*i
ΓΊ	ΓΊ	ri

- 11 CZ 35965 UI

Tabulka IB

Výsledky hodnoceni

Malé množství rozs triku

M

pc

ffl

U

ffl

<

Pú

ffl

M

PC

Pevnost (MPa)

O 'O

'0

658

601

SSs

t

Tvar svarové housenk y

-<

<1

ffl

<

Ρΰ

u

υ

M

Prevence koroze

<

tu

Přilnavost strusky

<

m

Vzorec 13)

r?

rl M

11,40

r-

3.40

3,47

3,15

PSOT

Vzorec fZ)

1,64

1.35

1,59

OQ

ϋ T

£

ΐ-^

09Ό

>*)

^L1S

0.71

1,92

4,71

Vzorec (0

ei

5 rí

2,50

ω tr.

0,17

O rl

tí-J ri

1,33

ESO

Drát č.:

—

c>

r)

t-

iz.

<5

r'·

CO

>55

2

-2;

e

Příklad podle řešeni

Srovnávací příklad

- 12 CZ 35965 UI

Tabulka 2

Režim svařování	Pulzní obloukové svařování MAG
Svařovací proud	200Aaž210A
Napětí oblouku	24 V
Rychlost pohybu	800 mm/min
Prodloužení elektrody	15 mm
Složení ochranného plynu	80 obj. % Ar-20 obj. % CO₂
Průtok ochranného plynu	25 1/min

Jak je uvedeno v tabulce 1 výše, pokud jde o dráty č. 1 až č. 11, které byly součástí příkladů podle řešení, složky drátů a hodnoty získané podle vzorce (1) byly v rozmezí tohoto řešení, přičemž množství rozstřiku vznikajícího při svařování bylo malé. Kromě toho se v těchto příkladech podle řešení dosáhlo dobré přilnavosti strusky, povlakový film z elektrodové vrstvy se vytvořil v dobrém ίο stavu bez odstranění strusky, a v důsledku toho bylo možné dosáhnout vynikající ochrany proti korozi.

Naproti tomu, pokud jde o drát č. 12, který byl součástí srovnávacího příkladu, obsah N v drátu byl nižší než spodní hranice rozsahu podle předkládaného řešení, a proto byl tvar svarové housenky 15 špatný a pevnost nízká.

-13 CZ 35965 UI

Pokud jde o drát č. 13 ač. 16, které byly součástí srovnávacích příkladů, obsah N v drátu byl menší než dolní mez rozsahu podle předkládaného řešení, a proto byl tvar housenky špatný. Kromě toho drát č. 16, jehož pevnost byla měřena, vykazoval nízkou pevnost.

Pokud jde o drát č. 14, který byl součástí srovnávacího příkladu, obsah Si v drátu byl vyšší než horní hranice rozsahu podle předkládaného řešení a obsah N byl nižší než dolní hranice rozsahu podle předkládaného řešení, a proto byla adhezivita strusky nízká, což mělo za následek špatnou prevenci koroze.

Pokud jde o drát č. 15, který byl součástí srovnávacího příkladu, každý z obsahu Ti a obsahu N v drátu a hodnota vzorce (1) byl menší než dolní mez rozsahu podle předkládaného řešení, a proto byla prevence koroze špatná.

Pokud jde o drát č. 17, který byl součástí srovnávacího příkladu, obsah Si a obsah N v drátu byl menší než dolní mez rozsahu podle tohoto řešení, a proto bylo množství vznikajících rozstřiků velké a tvar svarových housenek byl špatný.

Pokud jde o drát č. 18, který byl součástí srovnávacího příkladu, obsah N v drátu byl menší než dolní mez rozsahu podle tohoto řešení a hodnota vzorce (1) byla větší než horní mez rozsahu tohoto řešení. Proto byla tloušťka strusky velká, prevence proti korozi byla špatná, tvar housenky byl špatný a pevnost nízká.

Pokud jde o drát č. 19, který byl součástí srovnávacího příkladu, každý z obsahů Mn a Ti v drátu a hodnota vzorce (1) byl nižší než spodní hranice rozsahu tohoto řešení, a proto byla ochrana proti korozi špatná a pevnost nízká.

Pokud jde o drát č. 20, který byl součástí srovnávacího příkladu, obsah Si v drátu byl vyšší než horní mez rozsahu tohoto řešení a každý z obsahů Mn a obsah N byl nižší než dolní mez rozsahu podle tohoto řešení. Proto byla adheze strusky nízká, ochrana proti korozi špatná a pevnost nízká.

Pokud jde o drát č. 21, který byl součástí srovnávacího příkladu, každý z obsahů Mn a obsahů Ti v drátu a hodnota vzorce (1) byly menší než dolní mez rozsahu tohoto řešení, a proto byla strusková přilnavost nízká a ochrana proti korozi špatná.

Pokud jde o drát č. 22 a č. 23, které byly součástí srovnávacího příkladu, obsah N v drátu byl větší než horní hranice rozsahu podle tohoto řešení, a proto byl tvar svarové housenky špatný a strusková přilnavost nízká.

Jak je podrobně popsáno výše, při použití drátu pro obloukové svařování v ochranné atmosféře v provedení podle tohoto řešení je množství rozstřiků vznikajícího při svařování malé a není nutný krok odstranění strusky po svařování, přičemž lze získat svarový díl s vynikající elektrodepozitní přilnavostí a dobrým tvarem svarové housenky.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře, vyznačující se tím, že obsahuje, vztaženo na celkovou hmotnost drátu:

C: 0,01 % Si: hmota, až 0,10 0,05 % hmota.; 0/ /0 hmota. až 0,55 0/ /0 hmota.;

Mn: 1,60 0/ /0 hmota. až 2,30 0/ /0 hmota.;

Ti: 0,05 0/ /0 hmota. až 0,25 0/ /0 hmota.;

Cu: 0,01 0/ /0 hmota. až 0,30 0/ /0 hmota.;

S: 0,001 0/ /0 hmota. až 0,020 0/ /0 hmota.;

N: 0,0045 0/ /0 hmota. až 0,0150 0/ /0 hmota.;

AI: 0,10 0/ /0 hmota. nebo méně, a

P: 0,025 0 ώ hmota. nebo méně;

přičemž popřípadě dále obsahuje ; alespoň jeden z těchto prvků:

Cr: 0,10 0/ /0 hmota. nebo méně a

Mo: 0,10 0/ /0 hmota nebo méně; a zbytek do 100 % hmoto, tvoří Fe a nevyhnutelné nečistoty, jako Zr, Ni, Co, Li, Sn, Sb, Bi, B, As, přičemž je splněn následující vztah:

0,1 < [Ti]/[Si] < 3,0 kde: [Si] je obsah Si v % hmota., vztažený na celkovou hmotnost drátu, a [Ti] je obsah Ti v % hmota., vztažený na celkovou hmotnost drátu.
2. Drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsah Šije 0,25 % hmota, nebo méně.
3. Drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsah Ti je 0,12 % hmota, nebo více.
4. Drát pro obloukové svařování v ochranné atmosféře podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že je splněn následující vztah: ([Si] + [Ti]/3)/([C]/2 + 2x[Al]) > 3 kde:

[C] je obsah C % hmota., vztažený na celkovou hmotnost drátu; a [AI] je obsah AI v % hmota., vztažený na celkovou hmotnost drátu.