钎焊的镀锌结构金属板的腐蚀行为

文摘

电弧焊相比,电弧钎焊的优点更少的热量输入,同时加入镀锌薄金属。锌的蒸发是降低在毗邻的地区联合和提高防腐。在汽车行业,轻量级的设计是一个关键的技术背景下的重量和环境保护。结构化薄板金属具有更高的刚度比典型的汽车薄板金属,因此他们可以在轻量级结构发挥重要作用。摘要,三个电弧钎焊变异镀锌结构单金属的腐蚀行为进行验证。标准气体金属电弧钎焊、脉冲电弧钎焊,冷金属过渡(CMT®)结合脉冲周期进行调查。气候变化在实验测试中,钎焊过程的影响镀锌结构单金属的腐蚀行为进行了研究。之后,钎焊的结构化和平板金属的腐蚀行为进行了比较。由于所选搭接,估值表进行了金属之间的伤害。脉冲CMT钎焊已经衍生出结果的最佳钎焊方法加入金属镀锌结构表的过程。

1。介绍

镀锌薄金属有良好的耐蚀性大气腐蚀,因此被广泛应用于汽车工业(1]。然而,在这样的单金属的电弧焊,保护锌层严重受损,因此,即使是锌阳极保护并不妨碍钢的大气腐蚀。镀锌层蒸发的结果大电弧焊接过程的热输入。此外,锌蒸气和锌氧化物导致毛孔焊缝金属和一个不稳定的电弧行为(2]。这些问题是减少焊接或钎焊。在成键,没有或更少的热量输入,从而保护锌层仍然完好无损。然而,通常粘结强度的不足(3]。电弧钎焊的优点是接头强度越高,可达到基材的强度,并显著降低热量输入电弧焊相比。焊接和焊接的缺点是同时解决4]。冷金属过渡技术(CMT)电弧焊接和钎焊过程的进一步发展,更减少了热量输入加入组件(5,6]。

轻量级设计在汽车工业中扮演着重要角色实现气候目标和减少能源消耗。单金属结构刚度和减少体重增加。构建过程,通过液压成形后,耐腐蚀的镀锌薄板金属略有增加,这是研究[7]。镀锌结构金属板可以应用在各个领域,如汽车和建筑业8)也反映了电弧钎焊的应用领域。结构化的金属板已经合格的进行进一步的处理,特别是在金属成形领域(9,10),切割(11,12),和焊接13- - - - - -17]。他们的机械性能进行了研究[18,19]。镀锌结构单金属的腐蚀行为研究在nonwelded关节(7,20.]。因此,有必要验证钎焊的接头镀锌结构单金属的腐蚀行为。

2。实验的细节

2.1。结构化的金属板

结构化的金属板有一个六角形的结构。生产方法是液压成形(10]。加强元素的金属板由六角形疙瘩,其尺寸如图1和描述的表1与特定的值。

由于不对称有关表平原,有两种结构的位置:位置的结构是“积极的”如果曲率向上延伸,如果曲率向内延伸“负面”。在[20.),一个小的不同结构位置之间的腐蚀行为。所有标本阳性结构钎焊的位置和结构方向0°。因此,一个顶部和底部的钎焊的样本,分别配合的积极的和消极的结构位置结构化的金属板。

在摘要中,大气腐蚀保护层破坏的镀锌片钎焊进行了研究。估计位置的腐蚀钎焊的接头图所示2。区域1和2都位于旁边的钎焊的接头上的关节。区域3是缝底部一侧。因为可能的锌层的损伤,这三个领域是最敏感的抗蚀由于钎焊过程热输入。在4区腐蚀的风险很高,不仅由于保护层的破坏,而且因为差距存在的重叠可以积累和腐蚀性介质的腐蚀过程加速。

对于腐蚀测试,金属薄片。钢类型DX56D + z .这是热浸镀锌低碳钢与10μ涂层厚度。薄板厚度为0.5毫米。

2.2。钎焊过程

机械化钎焊是由机器人系统库卡30公顷(高精度)。首先,钎焊测试的金属平板上进行类似的厚度和类似的材料来确定初始参数。原来平板金属可以定性钎焊的没有特殊要求,线性表平原火炬控制正常。当传递这些参数对结构表金属、钎焊的三维结构造成了连续变异条件下,尤其是在接触管间距和入射角之间的钎焊炬和板。钎焊用同样的参数显示坏钎焊的接头的质量。导电管间距(火炬之间的距离和表)焊接头质量有很大的影响。描述这些影响的GMA焊(13]。在[11),据报道,海拔修正对电弧电压的依赖在结构化的等离子切割薄板金属切割质量有积极的影响。然而,由于脉冲的高度修正弧不能作为控制变量,结构高度测量值在钎焊区,转移到机器人程序。因此,机器人路径已经实现了与一个常数火炬和金属板之间的距离。

的气体保护金属极(GMA)钎焊结构金属板是由三个不同的过程变量(调查21]。的参数标准气体金属电弧钎焊(以下GMAB)、脉冲电弧钎焊(以下GMAB-P),冷金属过渡(CMT)结合脉冲周期(以下CMT-P)测定。标准GMAB涉及传统的电弧钎焊短路与下降传输。这种方法的主要缺点由于短路在增加能源消耗和飞溅。脉冲电弧钎焊导致下降几乎是免费转移飞溅的短路和自由。第三次检查过程变异CMT钎焊是基于扭转线供应,这动作频率90赫兹的钎焊线后退和前进。起初,弧点燃线提示。然后,向前移动的线开始在同一时间与下降形成线小费。联系由于向前移动的电线,电线的下降提示转移表和电弧熄灭,这几乎没有电流的金属转移发生。随后,线弧的灭绝后回落。 The described variant of CMT brazing was improved by the pulse technique, so that during the drop formation more filler material is melted by the increased current pulse.

在表2,平面和结构化的单金属的钎焊参数。对于气体金属电弧钎焊、填充材料CuSi3使用直径1.0毫米。表3显示了填充材料的有关物理特性。由于低熔点温度,填充焊丝经常用于电解的GMA钎焊或热浸镀锌薄金属。

2.3。腐蚀测试

应用盐雾腐蚀测试是由室1000 -升体积;1000 CT MF模型是由VLM GmbH是一家。在这部作品中,气候变化测试根据VDA 621 - 415规范(22)被选为加速腐蚀试验。1天的测试周期由盐雾接触根据(23凝结),4天循环气候根据(24),和2天的气候环境。一个周期的持续时间是一个星期。周期的数量取决于试样的耐腐蚀涂料和5周。本次测试的结果被用于比较的各种防护涂料的耐蚀性。腐蚀介质是5 wt。%氯化钠水溶液与pH值为6.7。溶液的温度是25°C。这是必要的,以确保结果的独立性室和其他研究的结果的可比性。

因为搭接,安排样品的样品夹必须考虑。在图3,所示的安排。全面分析,有必要开展腐蚀测试6安排的内容。减少实验范围,进行了腐蚀测试样本的一个安排的积极的和消极的结构位置与钎焊焊缝顶部和底部一侧,分别。选择这个样品安排的原因在于断言,每撞起着屏障作用,累积腐蚀(水分,因此提供了额外的条件20.]。根据标准(23),必须放在标本()°角垂直位置。水分和腐蚀产物流沿着试样表面在这样的角度。安排的pos钎焊的接头比b-pos是更大的障碍。通过使用的安排c-pos钎焊的接头不腐蚀介质建立一个屏障。这意味着pos的安排导致最强的腐蚀情况。底部一侧的标本,形势逆转。没有焊接头的边缘,只有第二表安排b-neg盐溶液被认为是一个障碍。此外,这个职位给更高的负载金属板之间的缝隙腐蚀。在一个正在进行的研究,只有不同的标本与更大的救援被选作实验:变体pos的顶部煤层边和变体b-neg底缝边。

结论性的分析,有必要调查至少3样品每钎焊变体。除了结构样本,光滑的样本作为参考钎焊的,调查气候变化测试。如表4所示,共有36个样本测试。

几何参数样本是150×70毫米。腐蚀标本进行每周的检查。样品的照片。测试期间的腐蚀产物不删除;否则,自然腐蚀过程会被打断,因此只有目视检查作为评价方法。增加的容量评估、图形分析腐蚀领域使用程序徕卡应用程序套件(LAS)阶段专家。程序识别腐蚀领域评价区域(数据的百分比4和5)均匀区域的颜色。为主,均匀颜色阈值的“红色”锈可以明确定义。

2.4。评价方法

检查,使用铜焊的接头附近的区域(区域1),因为CuSi3缝不腐蚀。这些区域包括一个示例的完整宽度边缘。带的高度是决定对所有样本的水平发现最大的伤害范围,以便所有腐蚀地区在这个区。区1 b联合下不一致,因为它展示了一张用于结构化的样本。该区域的表面没有锌腐蚀低于区1。这可能是由于减少水分的水平由于钎焊的焊缝,充当障碍。频繁,区域1中的积水流在缝,然后“红色”腐蚀的一些斑点出现在区域1 b(图4)。因此,这个区域不能用于比较。区3没有热影响由于钎焊过程,这就是为什么没有“红色”第一个测试一周后生锈区域。

消极的结构缝位置没有障碍的水分和腐蚀产品。然而,有另一个障碍是越来越远离热源的地方。这是底部的边缘板的搭接在水分积累(带4 c)。然而,没有锌涂层损坏由于热量输入;因此,该区域是不重要的焊接接头腐蚀调查。区2直接坐落在钎焊的焊缝。其边境被发现通过确定最大表面受损。

所有样本被激光切之前。然而,这将导致低热量输入样本的边缘。因此,边地区5毫米的边缘并不在考试中使用。所有的表都类似的表面。检测范围是750毫米²对于每一个标本。

腐蚀试验期间,出现两种类型的腐蚀产物表面的镀锌薄金属。第一种形式是“白色”生锈,一般包括氧化锌,碳酸氢氧化锌,锌产品。这些产品是由镀锌层的含氯氧化条件。这个过程会导致保护锌层的破坏和钢筋开始腐蚀。结果是铁的氧化和褐色的形成铁(II)和铁(III)氧化物,或所谓的“红色”生锈。“白色”铁锈对组件的机械性能没有影响,只是改变了表面外观。颜色检测的程序软件是用于corrosion-damaged表面的检查。表面分析的评估是由“红”生锈,因为“白色”生锈的区域没有提供清晰的语句在钎焊的接头的腐蚀。“白色”corrosion-damaged表面生锈也体现出。一些“红色”生锈可能会在“白色”生锈,不能检测到程序软件。

先前的调查(7)镀锌结构相同类型的单金属和材料显示,“红色”锈在22 - 26%发展级“白色”锈短曝光时间(240 h)和快速减少级长时间曝光的3 - 9%。有平面和结构板金属之间没有显著差异。这次调查将这些结果,相对位置和距离的腐蚀发展不同的钎焊过程保持不变,可以相比的。

3所示。结果与讨论

在钎焊过程中,所有样本地区没有镀锌层在钎焊的焊缝附近。金相研究证实这一事实(图6)。这个区域的宽度对耐蚀性有直接影响的化合物。然而,由于锌的蒸发不均匀层,区域的宽度不能确定完全和“红色”生锈腐蚀试验后评估。

测试结果如图7。作为每个钎焊方法的曲线几乎是类似的(平均偏差小于5%),只有主值被用于进一步比较考试。结果转换成趋势线的近似。

图表显示了增加腐蚀伤害比例5周期间。该区域1是位于焊缝附近。首先,结构之间的巨大差异和平坦的样本观察。在区域1中,有更多的“红色”腐蚀产物在结构化的标本,而不是平的。结果,这导致了复合腐蚀行为的恶化。根据(20.),腐蚀产物在nonjoined平板金属出现的速度比在nonbrazed结构化的金属板。这种行为似乎改变,如果结构表金属钎焊的。钎焊有很大的影响在结构表化合物附近的腐蚀行为。这可以解释为不稳定的钎焊即使三维拓扑表的程序被用于钎焊机器人系统。这些路径考虑距离火炬改变表的平原。此外,疙瘩有影响的惰性气体流并产生上升和下降钎焊位置之间的差异(13]。这会影响焊接头的质量。

第一周后,所有样品已经缝附近的“红色”腐蚀产物。这意味着锌涂层的阴极保护是不再有效。测试5周后,所有样品在区域1中几乎完全覆盖着“红色”生锈。

如图7显示,并没有很大的区别产生的焊接接头的腐蚀行为不同的钎焊方法。这是有效的平板金属(4.7%偏差最大的区别是15.5%)以及金属结构表(最大的区别是12.7% 6.2%偏差)。然而,脉冲钎焊的样本显示最坏的结果,无论表结构。CMT脉冲钎焊显示了结构化的金属板最好的结果。平的参考样本,标准的GMA钎焊是最合适的方法。

腐蚀试验的结果带2图所示8。结构化和平坦的样品的结果显示几乎没有区别。图8清楚地显示了缝底部的主要趋势的化合物。最大的当前值的标准GMA钎焊会导致更大的热输入。因此,样品准备的标准GMA钎焊在底部显示最糟糕的耐腐蚀缝边。这是适用于所有样本无论它们的结构。平均而言,耐腐蚀standard-brazed化合物低12%的平样品和11.6%低结构化的样品相比,平面和结构样品的最佳结果由脉冲GMAB钎焊的。脉冲GMA钎焊修改通过CMT技术演示了更糟糕的是所有样品的腐蚀行为。

区域2腐蚀小于区域1,因为复合底部一侧锌层的影响只有通过低热量输入。第一个测试一周后发现数量大的“红色”锈复合底部一侧只有发达standard-brazed样本。

钎焊的化合物在工业上的要求在于获得复合耐腐蚀与基材的耐蚀性。这不能准确地探测到腐蚀试验根据VDA 621 - 415,因为这个测试的条件非常苛刻。气候变化的第二个星期测试后,“红色”生锈出现在表表面没有热的影响。钎焊的焊缝附近的景点“红色”生锈已经观察到在第一次测试。这意味着结果后第一周是最有趣的钎焊方法比较的观点。

图9显示了积极的结构位置的腐蚀试验结果第一周后安排样品。很明显,几乎没有不同样品的结果“GMAB”和“GMAB-P”无论板拓扑。重要的是要强调CMT-P样本的结果更好的结构化和平坦的样本。应该提到的第一个星期后腐蚀试验的比例结构样品的腐蚀损害区1几乎是两倍平样品。

腐蚀试验的结果2区底部缝边,如图10,允许样本的比较“GMAB-P”和“CMT-P。“两种方法显示类似的低腐蚀破坏的钎焊的结构化的样本值。平的标本,腐蚀损害有点高。区2区1相比,演示了一个完全不同的平面之间的相关性和结构化的标本。

更好的评估这些相互矛盾的结果,总结了数据区(图11)。这个图表显示了标准GMA钎焊导致最严重的耐腐蚀的铜焊的复合脉冲相比GMA和脉冲CMT钎焊。

几乎没有区别GMAB-P和CMT-P钎焊复合平板金属的腐蚀行为的观点。对于结构化的金属板,CMT-P是最好的钎焊方法根据气候变化的考验。

搭接有一个特别的劣势。搭接,加入表形式之间的差距,以便腐蚀性液体流入的差距。这可能会导致腐蚀在那个地方。标本的安排与消极的结构让水分泄漏,所以腐蚀介质可以流入的差距。这就是为什么目视检查重叠的腐蚀内部已经完成每个钎焊变异后5周的气候变化测试。为此,区域的差距已打开手动弯曲的重叠部分金属板。

首先,综述了平面样品。图12显示了一个示例之间的锌涂层条件平表5周后腐蚀试验。“红色”腐蚀不了。的锌层是保留在的地方。所有平面样品有相同的外观。

结构化的样品,没有“红色”生锈还发现无论重叠的钎焊方法(图13)。大气腐蚀的主要结论是事实没有重要影响镀锌薄金属的搭接不管板拓扑和钎焊方法。

4所示。结论

镀锌结构单金属的腐蚀钎焊的接头行为是影响钎焊参数。然而,最大的差异腐蚀行为的结果对结构化和平板金属顶部的联合:结构化表金属腐蚀强于金属平板的关节。在底部一侧的钎焊的化合物,情况恰恰相反。一般来说,腐蚀破坏的负面焊接头明显低于顶部一侧(除了平面样品“GMAB”)。

传统GMA钎焊过程的特点是一个更大的热量输入相比,脉冲GMA钎焊和脉冲CMT的过程。因此,标准的标本钎焊过程减少了耐腐蚀。

钎焊的高级复合方面显示了严重腐蚀行为通过使用脉冲GMA钎焊方法。底部的情况则正好相反的一面:腐蚀行为是最好的。因此,该钎焊方法是更好的与标准相比钎焊过程。

脉冲CMT钎焊显示在顶部和底部双方几乎最好的结果。这种方法可以推荐的首选钎焊变体镀锌扁和结构化的单金属的加入。

不管钎焊过程中,腐蚀之间的重叠镀锌薄金属不是至关重要的。这可以解释为,腐蚀介质不流入的差距。这就是为什么没有大锌涂层上的负载。

通过使用seam的底部金属板表面功能,电弧钎焊的最佳方式是脉冲GMA钎焊。在所有其他情况下,脉冲CMT钎焊是最好的钎焊过程中加入金属镀锌结构表。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的勃兰登堡的科学,研究和文化(MWFK)的勃兰登堡大学国际研究生院的技术(BTU) Cottbus-Senftenberg。

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