Features of structure formation processes in AA2024 alloy joints formed by the friction stir welding with bobbin tool

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 2 2021 98 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Особенности процессов структурообразования в соединениях сплава Д 16, полученных сваркой трением с перемешиванием с инструментом типа “bobbin tool” Алексей Иванов 1, 2, а , * , Валерий Рубцов 1, 2, b , Андрей Чумаевский 1, с , Ксения Осипович 1, d , Евгений Колубаев 1, 2, e , Владимир Бакшаев 3, f , Иван Ивашкин 3, g 1 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН , пр . Академический , 2/4, Томск , 634055, Россия 2 Новосибирский государственный технический университет , пр . К . Маркса 20, г . Новосибирск , 630073, Россия 3 ЗАО « Чебоксарское предприятие « Сеспель », ул . Ленинградская 36, г . Чебоксары , 428021, Чувашская республика , Россия а https://orcid.org/0000-0001-8959-8499, ivan@ispms.ru , b https://orcid.org/0000-0003-0348-1869, rvy@ispms.ru, c https://orcid.org/0000-0002-1983-4385, tch7av@gmail.com, d https://orcid.org/0000-0001-9534-775X , osipovich_k@ispms.tsc.ru , e https://orcid.org/0000-0001-7288-3656, eak@ispms.ru, f https://orcid.org/0000-0001-9777-0164, bakshaevva@mail.ru , g https://orcid.org/0000-0001-8808-2183, ivashkin_in@mail.ru Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ). 2021 Том 23 № 2 с . 98–115 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.2-98-115 Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ) Сайт журнала : http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.14:539.24 История статьи : Поступила : 15 марта 2021 Рецензирование : 25 марта 2021 Принята к печати : 07 апреля 2021 Доступно онлайн : 15 июня 2021 Ключевые слова : Сварка трением с перемешиванием Bobbin tool Формирование структуры Алюминиевый сплав Финансирование : Работа выполнена в рамках комплекс - ного проекта « Создание производства высокотехнологичного крупногаба - ритного оборудования интеллектуаль - ной адаптивной сварки трением с пе - ремешиванием для авиакосмической и транспортной отраслей РФ » ( согла - шение о предоставлении субсидии от 22.11.2019 № 075-11-2019-033), реали - зуемого ЗАО « Чебоксарское предпри - ятие « Сеспель », НГТУ и ИФПМ СО РАН при финансовой поддержке Мин - обрнауки России в рамках постановле - ния Правительства РФ от 09.04.2010 № 218. АННОТАЦИЯ Введение . Одним из типов сварки трением с перемешиванием является сварка инструментом типа “bobbin tool”» (BFSW), позволяющая получать сварные соединения различной конфигурации без исполь - зования подложки и осевого усилия внедрения , а также снизить тепловые потери и градиент температур - ного воздействия по толщине свариваемого материала . Это делает процесс BFSW эффективным для сварки алюминиевых сплавов , свойства которых определяются структурно - фазовым состоянием . По данным ис - следований , температура и скорость деформирования свариваемого материала имеют некоторые интервалы значений , в которых формируются прочные соединения без дефектов . При этом вопросам механизмов фор - мирования структуры в процессе BFSW уделено гораздо меньшее внимание . Поэтому для решения задачи получения бездефектных и прочных сварных соединений сваркой типа BFSW требуется расширенное пони - мание основных механизмов структурообразования в процессе сварки . Целью работы является исследова - ние механизмов формирования структуры в сварном соединении сплава Д 16 при изменении скорости сварки в процессе сварки трением с перемешиванием инструментом типа “bobbin tool”. Результаты и обсуждение . Условия формирования сварного соединения в процессе BFSW определяются тепловложением в сваривае - мый материал , его фрагментацией и пластическим течением по контуру инструмента , которые зависят от соотношения скоростей вращения и перемещения сварочного инструмента . Механизмы формирования со - единения основаны на сочетании равнозначимых процессов адгезионного взаимодействия в системе « ин - струмент – материал » и экструзивного выдавливания металла в зону за сварочным инструментом . В сочета - нии с условиями теплоотвода и конфигурацией системы « инструмент – материал » это приводит к экструзии материала из сварного соединения и его разуплотнению . Результатом является формирование протяженных дефектов . Повышение скорости перемещения инструмента способствует снижению удельного тепловложе - ния , но при сварке протяженных соединений из - за характерных условий теплоотвода количество тепла , вы - деляющегося в соединении , возрастает . В результате происходит изменение условий протекания процессов адгезионного взаимодействия и экструзивного выдавливания , что приводит либо к росту уже имеющихся , либо к формированию новых дефектов . C учетом комплексности механизмов формирования структуры свар - ных соединений способом BFSW получение бездефектных сварных соединений подразумевает обязательное использование различных методов неразрушающего контроля в сочетании с адаптивным регулированием технологических параметров непосредственно в ходе сварочного процесса . Для цитирования : Особенности процессов структурообразования в соединениях сплава Д 16, полученных сваркой трением с перемешиванием с инструментом типа «bobbin tool» / А . Н . Иванов , В . Е . Рубцов , А . В . Чумаевский , К . С . Осипович , Е . А . Колубаев , В . А . Бакшаев , И . Н . Ивашкин // Обработка металлов ( технология , оборудование , инструменты ). – 2021. – Т . 23, № 2. – С . 98–115. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.2-98-115. ______ * Адрес для переписки Иванов Алексей Николаевич , к . т . н ., научный сотрудник Институт физики прочности и материаловедения СО РАН , пр . Академический , 2/4, 634055, г . Томск , Россия Тел .: 8 (382) 228–68–63, e-mail: ivan@ispms.ru