Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 2 2019 41 TECHNOLOGY возникновением остаточных напряжений [6]. Для устранения указанных ограничений раз- рабатываются различные способы воздействия на исходный материал либо сварное соедине- ние как в процессе, так и после его формиро- вания [7–9]. Одним из методов улучшения характери- стик сварных соединений является приложение ультразвуковых колебаний непосредственно в процессе сварки. В результате наблюдается снижение дефектообразования и повышение их прочностных и усталостных характеристик [10]. Кроме того, приложение ультразвукового воздействия оказывает влияние и на параметры сварочного процесса, такие как усилие сварки и осевое усилие на инструменте, повышающие эффективность процесса формирования сварно- го соединения [11]. На сегодняшний день известны несколько основных способов приложения ультразвуковых колебаний в процессе сварки. Широко использу- ется контактное с усилием прижима приложение колебаний к сварочному инструменту [12] в его радиальном [13] и осевом [14] направлении, ко- торое преобразуется в высокочастотные механи- ческие колебания, передаваемые от инструмента к свариваемому материалу. Однако данный спо- соб либо требует сложного технологического оснащения, либо сопровождается большими по- терями мощности при передаче колебаний от их источника к свариваемому материалу [15]. Другим способом является контактное с усилием прижима приложение ультразвуко- вых колебаний к свариваемому материалу. Для передачи колебаний к заготовке от сонотрода (волновода) используется закрепленный на его конце специальный индентор округлой формы, изготовленный из материала с высокой твердо- стью [16, 17]. Недостатком контактного способа является низкая эффективность передачи коле- баний – соотношение генерируемой источником и поступающей к материалу мощности может колебаться в пределах от 3:1 до 6:1 [18]. Авторами настоящей работы предложен спо- соб ультразвукового воздействия на сваривае- мый материал с жесткой фиксацией сонотрода [19], не требующий сложного технологического оснащения и обеспечивающий эффективную пе- редачу колебаний в зону образования сварного соединения в процессе сварки. Целью работы является оценка эффективно- сти ультразвукового воздействия, подводимого способом с жесткой фиксацией сонотрода, пу- тем измерения интенсивности результирующих колебаний и анализа их влияния на прочностные характеристики сварных соединений, получае- мых сваркой трением с перемешиванием. Методика исследований Исследования проводились с использовани- ем экспериментального стенда для сварки тре- нием с перемешиванием с ультразвуковым воз- действием (рис. 1, a ), разработанного ИФПМ СО РАН совместно с ЗАО «Сеспель» и комплек- та ультразвукового оборудования, разработанно- го ООО «УЗОиТ». Комплект ультразвукового оборудования включал в себя: охлаждаемый магнитострик- ционный преобразователь с резонансными сонотродами первой и второй ступени, изго- товленными из высокопрочного титанового сплава (рис. 1, б ); генератор ультразвуковых колебаний с функцией автоматического поиска и подстройки резонансной частоты преобразо- вателя (рис. 1, в ); автономный охладитель маг- нитострикционного преобразователя (рис. 1, г ). Прямолинейный сонотрод первой ступени диа- метром 32 мм интегрирован с магнитострикто- ром. Сонотрод второй ступени диаметром 22 мм имел изгиб 90  и прикреплялся к сонотроду пер- вой ступени с помощью соединительного вин- та (рис. 2). Данное оборудование обеспечивало генерацию ультразвуковых колебаний частотой 22 ± 1,65 кГц и мощностью до 2 кВт. С помощью комплекта оборудования были реализованы два способа подвода ультразвуко- вых колебаний с целью сравнения интенсивно- сти их воздействия на свариваемый материал. Первый способ заключается в жесткой фиксации сонотрода и реализуется креплением к одной из заготовок через технологическое отверстие со- нотрода второй ступени с фиксацией болтом та- ким образом, чтобы обеспечить плотный контакт его торца с поверхностью свариваемого матери- ала (рис. 2, а ). Момент затяжки болта составлял 150…200 Н · м. Вторым способом является контактный с усилием прижима подвод колебаний, который реализуется следующим образом. На торце