Effect of Friction Stir Welding Mode and its Direction Relative to the Rolling Direction of 2024 Alloy on the Structure and Mechanical Properties of its Weld Joints

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 22 № 4 2020 114 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис . 3. Усилие сварки в процессе СТП : вдоль ( a ) и поперек ( б ) направления прокатки исходного материала Fig. 3. Welding force during FSW process: longitudinally ( a ) and transversely ( б ) to the direction of base metal rolling а б значениях моментов и усилий объясняется мень - шим размером зерна в поперечном направлении прокатки материала и , следовательно , меньшим значением усилий , требуемых для его деформи - рования . При сварке по режиму 2 усилие внедрения инструмента P было повышено до 10,0 кН , при этом внедрение инструмента происходило бы - стрее , поэтому снижения крутящего момента как при режиме 1 ( рис . 2, кривые 2 ) не наблюдалось . Величина моментов относительно режима 1 воз - росла на 5…15 %, при этом соотношение между значениями моментов при сварке вдоль и поперек направления прокатки сохранилось . Усилия свар - ки для режимов 1 и 2 сопоставимы между собой , а соотношение между значениями усилий при сварке вдоль и поперек направления прокатки сохранилось ( рис . 3, кривые 2 ). Повышение ве - личины момента связано с ростом сопротивле - ния материала заготовки воздействию плечевой части инструмента , а сохранение значений уси - лия сварки – с сохранением величины скорости перемещения инструмента . При сварке по режиму 3 повышение усилия внедрения P до 11,0 кН привело к увеличению сопротивления материала деформированию от вращения инструмента в начале сварки , что вы - ражается появлением характерного пика на гра - фиках моментов ( рис . 2, кривые 3 ). Повышение скорости сварки V до 300 мм / мин привело к ро - сту усилия сварки в начале процесса СТП . От - носительно режима 2 величины моментов воз - росли на величину до 10 %, а усилия сварки – на величину до 30 % ( рис . 3, кривые 3 ). Рост усилий сварки определяется увеличением ее скорости , при котором сопротивление материала переме - щению инструмента определяется условиями нагрева материала и практически не зависит от ориентации его структурного зерна относитель - но направления сварки . Это также подтвержда - ется различием в величинах моментов и усилий при сварке вдоль и поперек направления прокат - ки материала менее 5 %. Дальнейшее повышение усилия внедрения инструмента P до 12,0 кН при прочих неиз - менных параметрах ( режим 4) обеспечило рост крутящего момента в начале процесса сварки ( рис . 2, кривые 4 ), однако в дальнейшем не при - вело к существенным изменениям показателей крутящего момента и усилия сварки , значения которых сопоставимы со значениями режима 3 ( рис . 3, кривые 4 ). При сварке по режиму 5, несмотря на по - вышение усилия внедрения инструмента P до 13,0 кН , значения крутящего момента снизились на 5…10 % относительно значений при режиме 4 сварки ( рис . 2, кривые 5 ). Снижение момента обусловлено ростом частоты вращения инстру - мента ω до 900 об / мин , что в сочетании с повы - шением усилия внедрения повышает пластич - ность материала и скорость его деформирования инструментом . Значения усилий сварки уве - личились на величину 15…20 % относительно значений при режиме 4 ( рис . 3, кривые 5 ). Рост усилий сварки обусловлен повышением ее ско - рости V до 350 об / мин , при котором материал перед инструментом не разогревается до необ - ходимого состояния пластичности . При сварке