On the problem of tool destruction when obtaining fixed joints of thick-walled aluminum alloy blanks by friction welding with mixing

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 3 2021 77 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Рис . 4. Продольное сечение образца 4 с застрявшим обломком инструмента в начале ( а ) и конце сварного шва ( б ): 1 – зона перемешивания плечами инструмента ; зона перемешивания , образованная канавкой инструмента ; 2 – в верхней части шва ; 3 – в середине шва ; 4 – в нижней части шва Fig. 4. Longitudinal cross-section of sample No. 4 with the stuck piece of tool at the beginning ( а ) and the end of the weld ( б ): 1 – stir zone formed by tool shoulders; stir zone formed by tool groove; 2 – in the upper part of the weld; 3 – in the middle of the weld; 4 – in the lower part of the weld а б стрирует как отсутствие каких - либо дефектов сварного шва , так и полностью завершенный процесс сварки без разрушения сварочного ин - струмента . После поломки инструмента на застрявшей части наблюдается наличие сильно деформиро - ванной зоны , представленной слоистой струк - турой ( рис . 5, в ), причем чем ближе к области контакта между застрявшей и оставшейся ча - стью инструмента , тем расслоение материала становится более интенсивным и сопровожда - ется формированием трещин , параллельных плоскости расслоения . При этом в области , рас - положенной ниже зоны расслоения , происходит распространение трещин в глубь инструмента , протяженность которых может достигать 20 мм и более ( рис . 5, б , в ). В результате взаимного из - носа при фрикционном контакте в зону пере - мешивания замешиваются включения осколков инструмента двух типов : включения , имеющие структуру сильно деформированной слоистой области , и включения со структурой недефор - мированного материала инструмента ( рис . 1, а ). Очевидно , что такие включения являются про - дуктами износа инструмента , при этом в про - цессе износа оставшаяся ( подвижная ) часть инструмента не претерпевает значительной пла - стической деформации , необходимой для изме - нения структуры материала . Из панорамного изображения ( рис . 4, б ) и увеличенного изображения ( рис . 5, г ) можно заметить , что неоднородность температурного воздействия оказывает значительное влияние на фрагментацию материала и формирование слоев переноса в зоне перед инструментом в процессе сварки трением с перемешиванием . Результатом такой неоднородности является изменение ши - рины зоны первично фрагментированного мате - риала . Так , в верхней части инструмента шири - на данной зоны минимальна и составляет всего 0,22 мм до поверхности инструмента , тогда как в нижней части инструмента ее ширина возрас - тает до 1,28 мм . Из рис . 4, б можно сделать вы - вод , что глубина канавок инструмента влияет на фрагментацию материала при сварке , так как там , где глубина канавок максимальна , ширина зоны первично фрагментированного материала минимальна . В то же время в нижней части , где наблюдается наибольшая толщина зоны фраг - ментации , глубина канавок минимальная . Из рис . 4 видно , что разрушение инструмента в образце 4 произошло в верхней части , т . е . в той