Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 42 ТЕХНОЛОГИЯ б а в г Рис. 1. Экспериментальный стенд для сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием: рабочий стол оборудования ( а ); магнитостриктор с сонотродами первой и второй ступени ( б ); генератор ультразвуковых колебаний ( в ); охладитель ( г ) Fig. 1. The test bench for ultrasonic-assisted friction stir welding: welding table of the welding machine ( а ); мagnetostrictor with first-stage and second-stage sonotrods ( б ); ultrasonic generator ( в ); cooler ( г ) сонотрода второй ступени с использованием резьбового соединения закреплялся твердо- сплавный наконечник сферической формы ра- диусом 20 мм. С использованием специальной оснастки магнитостриктор монтировался на ра- бочем столе оборудования с прижимом наконеч- ника к образцу с усилием F N = 150 Н, достаточ- ным для исключения его отрыва от поверхности при передаче колебаний (рис. 2, б ). При этом магнитостриктор устанавливался так, чтобы то- рец сонотрода второй ступени был параллелен поверхности образца. Таким образом, ввод коле- баний осуществлялся максимально эффективно – под углом 90  к поверхности. Интенсивность ультразвукового воздействия оценивалась по результатам измерений вибро- скоростей методом лазерной виброметрии с ис- пользованием доплеровского сканирующего ви- брометра PSV-500-3D. Измерения проводились на образце, представляющем собой пластину из сплава Д16Т размером 600 × 120 мм толщиной 12,0 мм. Для измерения поля виброскоростей на поверхностях образца применялась скани- рующая 3D-голова виброметра. Синхронизация осуществлялась по опорному сигналу, который получали с торца сонотрода первой ступени с помощью 1D-головы виброметра (рис. 2). Ска- нирование проводилось по лицевой поверхности образца, а также по торцевой поверхности, уда- ленной от места подвода колебаний (рис. 2, в , г ). Ввиду ограничения прямой видимости ли- цевой поверхности заготовки, закрепленной на сварочном столе, ее сканирование выполнялось с использованием металлического зеркала из комплекта поставки виброметра. Зеркало уста- навливалось под углом 45  к поверхности заго- товки и обеспечивало необходимый обзор для ее сканирования. Размер области сканирования лицевой поверхности, расположенной на рассто- янии 5 мм от места ввода колебаний, составлял ≈ 180 × 85 мм. При сканировании торца захваты- валось все поперечное сечение образца. Область сканирования разбивалась на прямоугольную сетку с шагом ≈ 1,2 мм, в каждом узле которой проводились прямые бесконтактные измерения величины компоненты виброскорости, нормаль- ной к поверхности образца. По измеренным значениям компонента ви- броскорости программным обеспечением вибро- метра рассчитывалось соответствующее значе- ние компонента виброперемещения. В качестве критерия интенсивности воздействия принима- лась величина амплитуды виброперемещения, которая показывает, насколько смещается из по- ложения равновесия точка на поверхности об- разца при прохождении через нее ультразвуко- вой волны.