Учитывая, что кузов является остовом и несущей частью ТС, на которой размещены другие системы пассивной безопасности, а также некоторые части систем активной безопасности, возникает необходимость рассмотрения восстановления кузовов, изготовленных из современных материалов.
В академии DEKRA («Союз работников технического надзора за автомобильным транспортом Германии») были проведены исследования, цель которых состояла в сравнении особенностей восстановления кузова, изготовленного из высокопрочной и обычной листовой стали.
Правка панелей кузова из высокопрочной стали. Проводимые исследования предусматривали оценку времени, необходимого для устранения дефектов, и качества восстановления. Кроме того, проводили сравнительный анализ объема повреждений обычной и высокопрочной кузовной стали. В качестве объекта исследования использовали новые двери, которые подвергали деформированию практически в одинаковых условиях, в результате чего они получали следующие повреждения: небольшие вмятины (лунки), вдавленные места и углубления в виде полос. Результаты измерений заносились в протокол. Толщина кузовной стали составляла 0,7 и 0,8 мм. Измерение параметров всех образцов проводили до и после деформирования. Наибольшая разница в поведении разных марок стали обнаружена в результате обмера углублений в виде полос: отклонение от первоначальной конфигурации для обычной кузовной стали толщиной 0,8 мм составляло около 10 мм, в то время как для панели из высокопрочного листового металла аналогичной толщины оно не превышало 2,0 мм. Причиной столь существенной разницы следует считать низкую способность к деформации, использованной в опытах высокопрочной, рефосфатированной, термически упрочненной стали с пределом текучести при растяжении, достигающим 260 Н/мм².
Дефекты устраняли, используя обычные инструменты: молотки, контропоры, рихтовочные подложки, чеканы и т.д. Сначала производили грубую правку (вытягивание и выстукивание наиболее глубоких дефектов), затем тонкую рихтовку посредством молотка с остроконечной рабочей поверхностью, контропоры обтекаемой формы с насечкой и алюминиевого разглаживающего молотка, а в заключение осуществляли окончательную отделку с помощью напильников и шлифовальной машинки. Работа считалась законченной, если поверхность была окончательно подготовлена к окрашиванию. Время, необходимое для восстановления двери из высокопрочного листового материала толщиной 0,8 мм, составляло не более 55% от средней продолжительности восстановления аналогичной двери с панелью из обычной стали. При снижении толщины листовой стали до 0,7 мм этот показатель возрастал до 80%.
Сокращение времени восстановления следует объяснить меньшей глубиной дефектов дверей с панелью из высокопрочного материала. Преимущество высокопрочной стали в меньшей степени проявляется при более сильном повреждении дверей, то есть в этом случае для исправления дефекта требуется приложить более значительное усилие, вследствие чего может произойти разрушение материала. Кроме того, возрастает упругая отдача, в связи с чем правка листа требует нанесения более сильных и точных ударов рихтовочного молотка.
Особенности восстановление формы кузова из высокопрочной листовой стали. Восстановление формы поврежденного кузова из высокопрочной стали, обладающего повышенной деформационной жесткостью, требует создания большего, чем для обычной стали усилия. Вследствие этого переходные места стыков деталей из обычного материала к высокопрочному также подергаются более высоким напряжениям. Обычный стальной лист в таком месте может потерять прочность, прежде чем деталь из высокопрочного материала примет желаемую форму. В связи с этим необходимо создавать дополнительное крепление в неповрежденной зоне детали из высокопрочного материала перед переходным местом.
При восстановлении формы сильно поврежденного кузова очень велик соблазн облегчить работу за счет разогрева металла.
Отдельные детали кузова (рис. 6.76), изготовленные из высокопрочной листовой стали при температуре около 400 °С настолько существенно утрачивают прочность, что теряют жесткую форму, характерную для обычной стали. Поэтому восстановление этих деталей с нагревом сварочной горелкой при температуре до 400 °С приводит к значительной потере прочностных свойств. Проконтролировать температуру по цвету разогретого металла в данном случае не удастся, поскольку в критической температурной области возникает лишь слабая голубоватая окраска. В связи с этим восстановление формы деталей из высокопрочной кузовной стали следует производить в холодном состоянии. Если это не удается сделать, деформированную деталь лучше заменить.
Предписываемое «холодное» восстановление формы справедливо и для обычной кузовной стали. Хотя температура, при которой в этом случае начинаются структурные превращения, и составляет около 740۫С, тем не менее визуальное определение цветов побежалости затруднительно. По соображениям безопасности нагревание не допускается и для восстановления формы кузова из обычной листовой стали.
Восстановление формы поврежденного кузова из высокопрочной стали, обладающего повышенной деформационной жесткостью, вызывает необходимость создания большего, чем для обычной стали, усилия гидравлического пресса, чтобы перевести восстанавливаемую деталь из этого материала в желаемое положение.
Если сильно растянуть кузовной металл, его длина скачкообразно возрастет и станет большей, чем требуется.
Необходимость более сильного растягивания металла кузова означает создание более высокого усилия. Вследствие этого переходные места стыков деталей из обычного материала к высокопрочному также подвергаются более высоким напряжениям. Может случиться, что обычный стальной лист в таком месте потеряет прочность, прежде чем деталь из высокопрочного материала примет желаемую форму. В таких случаях потребуется создать дополнительное крепление в неповрежденной зоне детали из высокопрочного материала перед переходным местом.
Анализируя вышеприведенное можно констатировать, что ремонт облицовки кузова автомобиля из высокопрочной стали нецелесообразен, необходима замена отдельных компонентов.
Сварка-пайка высокопрочных сталей. Это новая технология (MIG-пайка или сварка-пайка), которая применяется для соединения высокопрочных сталей автомобильных панелей кузова, в том числе оцинкованных. Этот способ применяется для многих новых автомобилей AUDI, Citroen, Opel, Toyota, Volkswagen.
Высокопрочные стали обладают высокой жесткостью благодаря термической обработке. При обычной сварке полуавтоматом температура сварочной ванны составляет 1500…1600° С, что приводит к изменениям характеристик соединяемых металлов и, как следствие, к изменениям прочности конструкции кузова. При этом происходит испарение и выгорание цинка, в силу разницы физических свойств основного металла и металла покрытия (температура плавления цинка 420° C, температура кипения цинка 907° C, а стали — соответственно 1450-1520° C и 2700° C). Образующиеся в сварочной ванне пары и оксиды цинка приводят к появлению пор, шлаковых включений, трещин и крайне нестабильному горению электрической дуги. Защитный слой гальванического покрытия в месте сварного соединения разрушается, поэтому в большинстве случаев после сварки необходимы дополнительные затраты на повторную антикоррозионную обработку участков поверхностей в зоне сварных швов.
Процесс MIG-пайки является процессом пайки твердым припоем. Сварочный процесс MIG-пайки (Metal-Inert-Gas), происходит в среде инертного газа аргона, а в качестве припоя (присадочного материала) применяются проволоки, близкие по химическому составу сварочной проволоке для сварки меди и ее сплавов, с температурой плавления от 800 до 1000° C. Газ защищает дугу, расплавленный припой и кромки деталей от влияния окружающего воздуха. Сам процесс прост, как и MIG/MAG-сварка, и применим в условиях восстановления кузова. Благодаря более низкой температуре плавления припоя — приблизительно 1000°C диффузия металлов не происходит, а вследствие относительно небольшой температуры ванны сохраняются заложенные свойства соединяемых сталей. Этот метод практически исключает деформацию соединяемых листов. Благодаря более низкой температуре плавления припоя происходит минимальное выгорание цинка во время пайки (цинк плавится при 420°C, испаряется при 907°C). Полученный шов имеет высокую устойчивость к коррозии. Проволоки для пайки сделаны из сплава на основе меди с добавками кремния (CuSi3) или алюминия (CuAl8). Припой вступает в соединение с цинком, и в результате получается шов с высокими антикоррозионными свойствами. Образующееся паяное соединение обладает более высокой, по сравнению со сварной низкоуглеродистой сталью, механической прочностью, которая примерно равна прочности латуни.
Кроме оцинкованной листовой стали, технология MIG-пайки позволяет также соединять черную и нержавеющую листовую сталь, а также их комбинации.
MIG-пайка может выполняться с помощью синергетических сварочных аппаратов для импульсно-дуговой сварки (рис. 6.72). Возможность программирования наложения электрических импульсов на основной сварочный импульс в этих аппаратах позволяет управлять процессом переноса электродного металла в ванну расплавленного припоя, а также осуществлять дозированное вложение тепла, позволяющее не перегревать металл, учитывая температуру кипения цинка и дополнительную термическую деформацию.
В режиме синергетической сварки, напряжение сварки контролируется синергетическим током. Баланс дуги — это параметр, который определяет, какую поправку по напряжению надо внести в значение, определенное синергетическим током.
Баланс напряжения дуги позволяет настраивать длину дуги и таким образом оптимизировать различные сварочные режимы для различной толщины свариваемого материала. Баланс дуги также может применяться для компенсации напряжения дуги в условиях использования другой газовой смеси, не указанной в синергетической библиотеке машины.
Дополнительно можно посмотреть фильм 6.30
Контрольные вопросы к подразделу 6.2.9
- Как осуществляется правка панелей кузова из высокопрочной стали?
2. В чем заключаются особенности восстановление формы кузова из высокопрочной листовой стали.
3. В чем заключаются особенности сварка-пайки высокопрочных сталей?