Том 27 № 3 2025 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Кондратьев В.В., Гозбенко В.Е., Кононенко Р.В., Константинова М.В., Гусева Е.А. Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5....................................................................... 6 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Марченко А.А., Лавренова Т.В., Дебеева С.А. Влияние скорости резания на импульсные изменения температуры передней поверхности резца при точении жаропрочной стали 15Х2НМФА.......................................................................................................................................................................... 23 Карелин Р.Д., Комаров В.С., Черкасов В.В., Осокин А.А., Сергиенко К.В., Юсупов В.С., Андреев В.А. Получение прутков и листов из сплава TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы методами продольной прокатки и ротационной ковки................................................................................................................................... 37 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства виброакустической эмиссии в системах диагностики износа режущего инструмента................................................................................................. 50 Жуков А.С., Ардашев Д.В., Батуев В.В., Кулыгин В.Л., Шулежко Е.И. Модальный анализ шлифовальных кругов различных характеристик для определения их интегральных упругих показателей....................................... 71 Нишандар С.В., Пайс А.Т., Багаде П.М. Численное и экспериментальное исследование интенсификации теплообмена в трубах с шероховатой поверхностью....................................................................................................... 87 Носенко В.А., Ривас Перес Д.Э., Александров А.А., Саразов А.В. Влияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черного................................................................................................................. 108 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Исследование процесса поверхностного обезуглероживания стали 20 после цементации и термической обработки.............................................................................................. 122 Ковалевская Ж.Г., Лю Ю. Влияние термической обработки на строение и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................... 137 Сирота В.В., Прохоренков Д.С., Чуриков А.С., Подгорный Д.С., Алфимова Н.И., Коннов А.В. Коррозионные свойства покрытий из самофлюсующихся порошков, полученных методом детонационного напыления........ 151 Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Тарасов С.Ю., Семенчук Н.А. Влияние структурного состояния на механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-Al-Si-Mn.......................................................................... 166 Вахеед Ф., Каюм А., Ширази М.Ф. Изготовление, описание и оценка эффективности материала на основе нанографита, легированного оксидом цинка, в качестве датчика влажности............................................................... 183 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Особенности строения градиентных слоев «сталь – Inconel – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания..................................................... 205 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Влияние гранулометрии порошка карбида вольфрама на характеристики металлокерамических покрытий WC/Fe-Ni-Al............................................................................... 221 Патил С., Чинчаникар С. Исследование механических свойств нанокомпозитов на основе сплава Al7075-T6, полученных методом механического замешивания частиц в расплав, с микроструктурным и фрактографическим анализом поверхности........................................................................................................................................................ 236 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 252 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 263 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 08.09.2025. Выход в свет 15.09.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 33,0. Уч.-изд. л. 61,38. Изд. № 121. Заказ 199. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 3 2025 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 27 No. 3 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kondratiev V.V., Gozbenko V.E., Kononenko R.V., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Determination of the main parameters of resistance spot welding of Al-5 Mg aluminum alloy..................................................................................... 6 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Marchenko A.A., Lavrenova T.V., Debeeva S.A. Infl uence of cutting speed on pulse changes in the temperature of the front cutter surface during turning of heat-resistant steel 0.17 C-Cr-Ni-0.6 Mo-V................................................................................................................................................................ 23 Karelin R.D., Komarov V.S., Cherkasov V.V., OsokinA.A., Sergienko K.V., Yusupov V.S., Andreev V.A. Production of rods and sheets from TiNiHf alloy with high-temperature shape memory eff ect by longitudinal rolling and rotary forging methods.................................................................................................................................................................... 37 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of vibroacoustic emission in diagnostic systems for cutting tool wear................................................................................................................................................ 50 Zhukov A.S., Ardashev D.V., Batuev V.V., Kulygin V.L., Schuleshko E.I. Modal analysis of various grinding wheel types for the evaluation of their integral elastic parameters...................................................................................... 71 Nishandar S.V., Pise A.T., Bagade P.M. Numerical and experimental investigation of heat transfer augmentation in roughened pipes................................................................................................................................................................ 87 Nosenko V.A., Rivas Perez D.E., Alexandrov A.A., Sarazov A.V. The eff ect of the grinding method on the grain shape coeffi cient of black silicon carbide....................................................................................................................................... 108 MATERIAL SCIENCE Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Investigation of the process of surface decarburization of steel 20 after cementation and heat treatment.................................................................................................................................. 122 Kovalevskaya Z.G., Liu Y. Eff ect of heat treatment on the structure and properties of high-entropy alloy AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................. 137 Sirota V.V., Prokhorenkov D.S., Churikov A.S., Podgorny D.S., Alfi mova N.I., Konnov A.V. Corrosion properties of coatings produced from self-fl uxing powders by the detonation spraying method............................................................ 151 Filippov A.V., Shamarin N.N., Tarasov S.Yu., Semenchyuk N.A. The infl uence of structural state on the mechanical and tribological properties of Cu-Al-Si-Mn bronze............................................................................................................. 166 Waheed F., Qayoom A., Shirazi M.F. Fabrication, characterization and performance evaluation of zinc oxide doped nanographite material as a humidity sensor......................................................................................................................... 183 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. Features of the structure of gradient layers «steel - Inconel - steel», obtained by laser direct metal deposition.................................................................................................. 205 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. The infl uence of tungsten carbide particle size on the characteristics of metalloceramic WC/Fe-Ni-Al coatings.................................................................................................... 221 Patil S., Chinchanikar S. Investigation on the mechanical properties of stir-cast Al7075-T6-based nanocomposites with microstructural and fractographic surface analysis...................................................................................................... 236 EDITORIALMATERIALS 252 FOUNDERS MATERIALS 263 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 6 ТЕХНОЛОГИЯ Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5 Виктор Кондратьев 1, 2, a, Валерий Гозбенко 3, 4, b, *, Роман Кононенко 5, c, Марина Константинова 5, d, Елена Гусева 5, e 1 Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук, ул. Фаворского, стр. 1А, г. Иркутск, 664033, Россия 2 Череповецкий государственный университет, пр. Луначарского, 5, г. Череповец, 162600, Россия 3 Иркутский государственный университет путей сообщения, ул. Чернышевского, 15, г. Иркутск, 664074, Россия 4 Ангарский государственный технический университет, ул. Чайковского, 60, г. Ангарск, 665835, Россия 5 Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074, Россия a https://orcid.org/0000-0002-7437-2291, imz@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0001-8394-0054, vgozbenko@inbox.ru; c https://orcid.org/0009-0001-5900-065X, istu_politeh@mail.ru; d https://orcid.org/0000-0002-8533-0214, mavikonst@mail.ru; e https://orcid.org/0000-0002-8719-7728, el.guseva@rambler.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 6–22 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-6-22 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Контактная точечная сварка (RSW) широко используется в автомобилестроении, авиационной промышленности, строительстве и энергетике для соединения листовых деталей из стали и алюминиевых сплавов, а также для создания соединений между сталью и алюминием, алюмиИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.763.1 История статьи: Поступила: 06 марта 2025 Рецензирование: 07 апреля 2025 Принята к печати: 14 мая 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Сварка Контактная точечная сварка Ядро Зона термического влияния Алюминий Твердость АННОТАЦИЯ Введение. Процесс контактной точечной сварки (RSW) широко применяется в различных отраслях промышленности, особенно для массового производства, – в авиационной, автомобильной, мебельной промышленности и др. Процесс RSW имеет некоторые трудности при сварке алюминия и его сплавов. Как правило, алюминиевые сплавы дают плохие сварные швы из-за их физических и металлургических свойств, таких как образование оксидов, тепловое расширение, тепловое сжатие, меньшая свариваемость и образование интерметаллических соединений. Настоящее исследование направлено на оценку осуществимости и механическую характеристику сварных швов RSW на алюминиевых сплавах типа АМг-5. Цель работы: оценить возможности контактной точечной сварки алюминиевых сплавов, определить влияние основных параметров RSW на структуру и свойства сварного шва. Методы исследования. Использовали листы алюминиевого сплава АМг-5 в состоянии поставки. Точечная сварка выполнялась стационарной контактной точечной сварочной машиной МТ-4240. Образцы для проведения исследований вырезались, полировались и в последующем анализировались на оптическом микроскопе, твердость измерялась микротвердомером. Измерения твердости проводились в двух направлениях (вдоль радиуса ядра и по толщине листа) с применением машины под нагрузкой 100 г. Электромеханическая испытательная машина Instron использовалась для испытаний на сдвиг при постоянной скорости траверсы 1 мм/мин до окончательного разрушения соединения при комнатной температуре. Диаметр ядра измерялся на поверхности излома после испытания на сдвиг при растяжении. Результаты и обсуждение. Были определены оптимальные входные параметры процесса для сварки листов алюминия толщиной 2,5 мм, проанализированы три выходные переменные, а именно прочность на разрыв, твердость соединения и диаметр ядра. Было отмечено, что прочность соединения значительно улучшилась за счет увеличения параметров процесса (силы тока, времени сварки). Диаметр ядра сварочной точки находится в корреляции с входными параметрами по току и времени процесса. Было замечено, что увеличение параметров процесса, т. е. времени цикла сварки, давления электрода и сварочного тока, приводит к увеличению размера ядра сварки. Отношение прочности сварной точки к прочности основного металла составляет 0,9. Показано, что сварка алюминиевых листов АМг-5 толщиной 2,5 мм методом RSW возможна и может быть использована в различных отраслях. Для цитирования: Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5 / В.В. Кондратьев, В.Е. Гозбенко, Р.В. Кононенко, М.В. Константинова, Е.А. Гусева // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 6–22. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-6-22. ______ *Адрес для переписки Гозбенко Валерий Ерофеевич, д.т.н., профессор Иркутский государственный университет путей сообщения, ул. Чернышевского, 15, 664074, г. Иркутск, Россия Тел.: +7 914 951-60-21, e-mail: vgozbenko@inbox.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 7 TECHNOLOGY нием и магнием, алюминием и титаном [1–10]. Например, производительность современных автоматизированных линий сборки автомобилей достигает 7 млн точек сварки в день [8, 9]. Алюминиевые сплавы широко применяются в аэрокосмической промышленности благодаря сочетанию таких свойств, как низкая плотность, высокая удельная прочность, хорошая обрабатываемость и стойкость к коррозии. Еще одним важным преимуществом алюминиевых сплавов является их широкая доступность. Плотность алюминиевых сплавов составляет примерно одну треть плотности стали, что позволяет снизить массу конструкции самолета, повысить топливную эффективность и увеличить полезную нагрузку. Для изготовления ответственных силовых элементов конструкции сверхзвуковых самолетов, где критически важна высокая прочность, предпочтительным материалом является сталь [11–15]. Алюминиевые же сплавы широко используются для производства панелей крыла, секций фюзеляжа, элементов оперения, компонентов выхлопной системы, деталей салона и турбин двигателей современных самолетов. Алюминиевые сплавы составляют от 50 до 90 % массы современных космических аппаратов – они широко применялись в космических кораблях «Союз», «Прогресс», космических челноках, спутниках и др. [11–15]. Сплавы алюминия классифицируются по системе легирования типа Al-Mg, Al-Mg-Li, Al-Cu-Li и др. Это наиболее распространенные типы сплавов в авиационной и автомобильной промышленности в высокопрочных инженерных приложениях [14–18]. Одной из ключевых тенденций в автомобильной промышленности является снижение массы транспортных средств. Данная цель достигается посредством использования материалов, обладающих малым удельным весом, таких как алюминий и его сплавы, что, в свою очередь, способствует оптимизации производственных затрат [7–9]. Алюминиевые сплавы служат подходящими металлами для автомобилей, они легко отливаются, формуются в требуемые формы и перспективны в снижении веса по сравнению со сталью. Использование алюминиевых сплавов при изготовлении элементов кузова, панелей кабины, колесных дисков и отделке салона автомобиля обеспечивает снижение массы более чем на 50 % [10, 11]. Алюминиевые сплавы благодаря сочетанию литейных и деформационных свойств, а также низкому удельному весу выгодно отличаются от сталей и широко распространены в автомобилестроении. Для контактной точечной сварки алюминия и его сплавов требуются сварочные пистолеты повышенной мощности, что обусловлено необходимостью применения сварочного тока, в 2–3 раза превышающего ток, используемый для стали, вследствие более высокой электро- и теплопроводности алюминия, при этом время сварки должно быть уменьшено примерно до 1/3 от времени сварки стали [1, 2]. Контактная точечная сварка (RSW) – это процесс соединения контактирующих металлических поверхностей посредством нагрева, который возникает в результате сопротивления электрическому току, протекающему через соединяемые детали [1]. Процесс сварки регулируется тремя основными параметрами, а именно механическими (давление на электрод сварки), электрическими (сила тока сварки) и электронными (продолжительность времени сварки). Электрический ток подводится к двум сложенным внахлест листам через соосные электроды и поддерживается в течение достаточного периода времени для получения локального сплавления на границе раздела листов металла. После выключения тока прикладывается давление для получения прочного соединения по линии сплавления. Далее происходит охлаждение расплавленного металла и формируется литая точка (ядро) сварки в замкнутом объёме. Плотность тока и давление должны быть такими, чтобы образовалось литое ядро, но не настолько высокими, чтобы расплавленный металл выталкивался из зоны сварки. Продолжительность сварочного тока должна быть достаточно короткой, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев поверхностей электродов. Прижимающее усилие, величина сварочного тока и длительность сварки оказывают определяющее влияние на качество соединения при контактной точечной сварке. Для отслеживания переменных сварки в сварочных аппаратах используется электронный блок управления. Качество и прочность сварных швов, выполненных методом контактной точечной сварки, определяются формой и размером сварных
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 8 ТЕХНОЛОГИЯ точек. Размер сварной точки является критическим параметром, определяющим несущую способность соединения. В процессе RSW существует прямая корреляция между тепловыделением и размером формирующейся сварной точки. На тепловыделение и, как следствие, на размер сварной точки оказывают влияние следующие основные факторы: контактное сопротивление между свариваемыми поверхностями, плотность сварочного тока, длительность сварки и толщина свариваемых листов. Особенностью контактной точечной сварки является отсутствие необходимости в присадочных материалах и флюсах. Это основная причина, по которой RSW широко используется в настоящее время. Конкурентным преимуществом RSW по сравнению с альтернативными методами соединения металлов, такими как сварка плавлением в защитных газах (например, GMAW, GTAW) и клепка, является возможность полной автоматизации процесса и его интеграции в роботизированные производственные линии. К основным проблемам, ограничивающим применение контактной точечной сварки для соединения алюминиевых сплавов, относятся следующие: 1) ограниченный ресурс контактных электродов. Поверхность алюминиевых сплавов характеризуется наличием оксидной пленки (Al2O3), обладающей высоким электрическим сопротивлением и неоднородной толщиной [1, 2, 12–16]. При сжатии свариваемых листов электродами оксидная пленка деформируется неравномерно, что приводит к концентрации тока в локальных участках контакта. В результате высокой плотности тока в этих областях происходит интенсивный нагрев, локальное плавление и сплавление меди (электрода) и алюминия, что вызывает эрозионный износ рабочей поверхности электрода [1, 2]. Изменение геометрии и состава рабочей поверхности электрода в процессе эксплуатации приводит к нестабильности параметров сварки и снижению прочности сварного соединения [12–15]; 2) высокие требования к сварочному току. Для обеспечения формирования качественного сварного соединения при сварке алюминиевых сплавов методом RSW требуется применение значительно более высоких значений сварочного тока, чем для сталей. Этот факт нивелирует потенциальные преимущества алюминиевых сплавов с точки зрения энергоэффективности, связанные с их более низкой плотностью по сравнению со сталями [3, 4, 17, 18]. Существующие исследования контактной точечной сварки алюминиевых сплавов преимущественно ориентированы на материалы большой толщины [19–21]. Тонколистовые алюминиевые сплавы требуют отдельного рассмотрения, поскольку различия в площадях контакта, тепловых режимах и электрических характеристиках обусловливают необходимость корректировки параметров сварки, включая прижимающее усилие и плотность тока [1, 2, 20–22]. Для RSW применяются источники питания постоянного (DC) и переменного (AC) тока с различной частотой [1, 2, 23–29], влияющие на режимы передачи энергии и оптимальную длительность сварки как для стационарных, так и для мобильных установок [1–3, 22, 28, 30, 31, 31–36]. Качество сварки существенно зависит и от внешних факторов, таких как состояние поверхности (шероховатость, загрязнение) [2–8], точность сборки [9], состояние электродов (износ) [9–14], а также точность позиционирования свариваемых деталей (осевое и угловое смещение) [20–22]. Алюминиевые сплавы отличаются высокой чувствительностью к окислению под воздействием окружающей среды. Образующаяся на поверхности оксидная пленка (Al2O3) характеризуется высоким электрическим сопротивлением, что приводит к повышенному тепловыделению в зоне контакта при сварке. Недостаточная подготовка поверхности, направленная на удаление оксидной пленки, может привести к адгезии алюминия к материалу электродов, к ускоренной деградации электродов и формированию некачественных сварных соединений [1–5, 36–38]. Некоторые исследования посвящены изучению характеристик поверхности сварных соединений алюминиевых сплавов, полученных методом RSW [3–8], однако лишь в немногих работах сообщается о значительном снижении твердости в зоне сварного шва [1–4] для различных марок алюминиевых сплавов. Ряд работ посвящен изучению снижения прочности сварного соединения по сравнению с основным металлом, а также анализу характера разрушения в центральной зоне сварной точки [29, 39].
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 9 TECHNOLOGY Данное исследование направлено на изучение влияния параметров контактной точечной сварки на структуру и механические свойства сварных соединений из алюминиевого сплава АМг-5. Целями работы являются: 1) оценка применимости контактной точечной сварки (RSW) для соединения алюминиевого сплава АМг-5; 2) определение влияния основных параметров RSW на структуру и механические свойства сварного соединения. Материалы и методика эксперимента Циклограмма процесса RSW и конфигурация нахлесточного соединения для испытаний на растяжение представлены на рис. 1 и 2 соответственно. Для проведения сварки использовали листы алюминиевого сплава АМг-5 (ГОСТ 21631– 2023) толщиной 2,5 мм. Подготовка поверхности свариваемых листов включала в себя следующие этапы: предварительное обезжиривание и травление в 4%-м растворе гидроксида натрия (NaOH) в течение 10 минут с последующей обработкой в 2%-м растворе азотной кислоты (HNO3) в течение 5 минут для удаления оксидной пленки. Сварка осуществлялась на стационарной машине контактной точечной сварки МТН-100.01. Схема процесса RSW и циклограмма представлены на рис. 2. Рис. 2. Схема процесса и циклограмма контактной точеной сварки (RSW) Fig. 2. Process scheme and cycle diagram of resistance spot welding (RSW) Рис. 1. Размеры образца конфигурации нахлесточного соединения RSW для испытаний на растяжение Fig. 1. Dimensions of the lap joint specimen produced by resistance spot welding (RSW) for tensile testing Для контактной точечной сварки алюминиевых сплавов толщиной 2,5 мм использовали три варьируемых параметра: сварочный ток (от 5 до 30 кА), длительность сварки (от 1 до 5 с) и прижимающее усилие (от 2000 до 5000 Н). Эксперимент проводили в тринадцати сериях, каждая из которых включала в себя сварку пяти образцов: четырех для статических испытаний на сдвиг при растяжении и одного для металлографического анализа и измерения твердости.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 10 ТЕХНОЛОГИЯ Образцы для металлографического анализа и измерения твердости вырезали под прямым углом к продольному направлению сваренных образцов из центральной области соединения. Подготовку микрошлифов проводили путем резки образцов на заготовки размером 12×12 мм, шлифовки, полировки и травления для выявления микроструктуры. Микроструктуру исследовали с помощью оптического микроскопа «Микромед 2». Измерения твердости проводили по двум направлениям (вдоль радиуса ядра и по толщине листа) с использованием микротвердомера при нагрузке 100 г. Испытания на сдвиг при растяжении выполняли на универсальной электромеханической испытательной машине Instron при комнатной температуре с постоянной скоростью перемещения траверсы 1 мм/мин до полного разрушения соединения. Диаметр сварной точки измеряли на поверхности разрушения после испытания на сдвиг при растяжении. Значения нагрузки при сдвиге и диаметра сварной точки определяли как среднее арифметическое по результатам пяти измерений для каждой серии. Результаты и их обсуждение Сварные соединения, полученные методом контактной точечной сварки, демонстрировали удовлетворительное качество поверхности во всем исследованном диапазоне параметров. При этом наблюдалось изменение диаметра и глубины отпечатка электродов в зависимости от режима сварки. При проведении металлографического анализа не обнаружено внутренних дефектов, таких как поры или усадочные раковины в литой структуре сварной точки. На рис. 3 представлен общий вид микроструктуры сварного соединения, демонстрирующий характерные структурные зоны, включая зону сплавления и зону термического влияния (ЗТВ). В области литой структуры (рис. 3, а, б) наблюдается мелкозернистая рекристаллизованная структура с равноосными зернами, нерастворимые включения интерметаллида FeAl3 (черные), а также узкая зона столбчатых кристаллов, ориентированных вдоль направления отвода тепла в процессе кристаллизации. Зона термического влияния, прилегающая к зоне сплавления (рис. 3, в), характеризуется наличием дендритной структуры. Микроструктура основного материала (рис. 3, г) состоит из зерен, вытянутых в направлении прокатки. С целью изучения влияния длительности сварки на микроструктуру сварного соединения был проведен металлографический анализ образцов, сваренных при различных значениях а б в г Рис. 3. Панорамный снимок сварного точечного шва (а), микроструктура сварочного ядра (б), граница перехода от сварочного ядра к ЗТВ (в), основной металл (г) Fig. 3. Microstructure of a welded joint obtained by resistance spot welding (RSW): general view of the welded joint (а); microstructure of the cast zone of the weld core (б); transition zone from the weld core to the heat-aff ected zone (HAZ) (в); microstructure of the base material (г)
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1