ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Цель: выявление особенностей разрушения сварных соединений алюминиево-магниевого сплава с дефектной структурой, выполненных способом сварки трением с перемешиванием. В работе представлены результаты анализа разновидностей структурных дефектов сварного шва и их влияние на прочность сварных соединений при статическом растяжении. Приведен краткий обзор основных причин возникновения несплошностей структуры сварного соединения, дана оценка влияния основных параметров температурного режима в зоне сварки на получение качественного шва. На основании данных фрактографического анализа поверхности разрушения образцов сварных соединений и послойного металлографического анализа материала в зоне дефекта описаны виды характерных дефектов и обсуждается природа их возникновения. Полученные результаты указывают на определяющую роль характера пластического течения материала в зоне движущегося инструмента в формировании структуры и свойств сварного соединения и могут быть учтены при выборе режимов сварки трением с перемешиванием и контроле качества сварных соединений. Методы: экспериментальные исследования проводились на лабораторной установке для сварки способом трения с перемешиванием, изготовленной в ИФПМ СО РАН. Испытания на статическое растяжение были выполнены с помощью разрывной машины типа УТС110М-100. Структурные исследования проводили методами оптической и растровой микроскопии с использованием электронного сканирующего микроскопа MiniSEM. Результаты и обсуждение. На примере пластин сплава АМг5М разной толщины показано влияние основных параметров технологического процесса сварки на качество сварных соединений. Показано, что режим сварки обусловливает вид и размер образующихся дефектов, механическую прочность и характер разрушения сварных соединений. По данным сравнительного анализа топографии излома образцов после растяжения установлено, что в зоне дефекта имеется переход материала от вязкого характера разрушения к хрупкому. Выявлены особенности формирования дефектной структуры сварного шва при варьировании величиной тепловложения при сварке. Показано, что не толщина свариваемых пластин оказывает влияние на тип образующегося дефекта, а количество тепла, вводимое в зону сварки. На основании полученных результатов фрактографического анализа поверхности разрушения образцов сварных соединений и послойного металлографического анализа материала в зоне дефекта описаны виды характерных дефектов и обсуждается природа их возникновения.

1. Nandan R., DebRoy T., Bhadeshia H.K.D.H. Recent advances in friction-stir welding process, weldment structure and properties // Progress in Material Science. – 2008. – Vol. 53, iss. 6. – P. 980–1023. – doi: 10.1016/j.pmatsci. 2008.05.001.

2. Influence of friction stir welding parameters on grain size and formability in 5083 aluminum alloy / T. Hirata, T. Oguri, H. Hagino, T. Tanaka, S.W. Chung, Y. Takigawa, K. Higashi // Materials Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 457. – P. 344–349. – doi: 10.1016/j.msea.2006.12.079.

3. Kumar N., Kailas S.V. The role of friction stir welding tool on material flow and weld formation // Materials Science and Engineering: A. – 2008. – Vol. 485, iss. 1–2. – P. 367–384. – doi: 10.1016/j.msea.2007.08.0134.

4. Sato Y.S., Urata M., Kokawa H. Parameters controlling microstructure and hardiness during friction stir welding of precipitation-hardenable aluminum alloy 6063 // Metallurgical and Materials Transactions: A. – 2002. – Vol. 33, iss. 3. – P. 625–635. – doi: 10.1007/s11661-002-0124-3.

5. Yoon T.-I., Yun J.-G., Kang Ch.-Y. Formation mechanism of typical ring structures and void defects in friction stir lap welded dissimilar aluminum alloys // Materials and Design. – 2016. – Vol. 90. – P. 568–578. – doi: 10.1016/j.matdes.2015.11.014.

6. On material flow in Friction Stir Welded Al alloys / A. Tougne, C. Desrayand, M. Jahazi, E. Feulvach // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 239. – P. 284–296. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.08.030.

7. Stephen Leon J., Jayakumar V. Investigation of mechanical properties of aluminium 6061 alloy friction stir welding // American Journal of Mechanical Engineering and Automation. – 2014. – Vol. 1, N 1. – P. 6–9.

8. Сварка трением с перемешиванием термически упрочняемого сплава В95 системы Al-Zn-Mg-Cu / В.А. Фролов, В.Ю. Конкевич, П.Ю. Предко, В.В. Белоцерковец // Сварочное производство. – 2013. – № 3. – С. 21–26.

9. Сварка алюминиевых сплавов в авиакосмической промышленности / В.И. Лукин, О.Г. Оспенникова, Е.Н. Иода, М.Д. Пантелеев // Сварка и диагностика. – 2013. – № 2. – С. 47–51.

10. Cerri E., Leo P. Influence of high temperature thermal treatment on grain stability and mechanical properties of medium strengh aluminium alloy friction stir welds // Journal of Materials Processing Technology. – 2013. – Vol. 213, iss. 1. – P. 75–83. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2012.09.001.

11. Effect of welding parameters on microstructure and mechanical properties of friction stir welded Al-Mg alloy / H.L. Hao, D.R. Ni, H. Huang, D. Wang, B.L. Xiao, Z.R. Nie, Z.Y. Ma // Materials Science and Engineering: A. – 2013. – Vol. 559. – P. 889–896. – doi: 10.1016/j.msea.2012.09.041.

12. Особенности формирования сварного соединения при сварке трением с перемешиванием алюминиевого сплава В-1469 / В.И. Лукин, Е.Н. Иода, А.В. Базескин, И.П. Жегина, Л.В. Котельникова, В.В. Овчинников // Сварочное производство. – 2012. – № 6. – С. 30–36.

13. Сизова О.В., Заикина А.А., Рубцов В.Е. Влияние технологических режимов сварки трением с перемешиванием на механические свойства и характер разрушения алюминиево-магниевого сплава // Вопросы материаловедения. – 2016. – № 4 (88). – С. 101–108. – doi: 10.22349/1994-6716-2016-88-4-101-108.

14. Effect of initial base metal temper on microstructure and mechanical properties of friction stir processed of Al-7B04 alloy / Y. Chen, H. Ding, Z. Cai, J. Zhao, J. Li // Materials Science and Engineering: A. – 2016. – Vol. 650. – P. 396–403. – doi: 10.1016/j.msea.2015.10.083.

15. Разрушение стыковых соединений алюминиево-магниевого сплава, выполненных сваркой трением с перемешиванием / О.В. Сизова, А.В. Колубаев, Е.А. Колубаев, А.А. Заикина, В.Е. Рубцов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 3 (64). – С. 14–21.

16. The investigation of typical welding defects for 5456 aluminum alloy friction stir welds / H.B. Chen, K. Yan, S.B. Chen, C.Y. Jiang, Y. Zhao // Materials Science and Engineering: A. – 2006. – Vol. 433, iss. 1–2. – P. 64–69. – doi: 10.1016/j.msea.2006.06.056.

17. The effect of interface defect on mechanical properties and its formation mechanism in friction stir lap welded joints of aluminum alloys / H. Liu, Y. Hu, Ya. Peng, C. Dou, Z. Wang // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 238. – P. 244–254. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.06.029.

18. Influense of processing of thermal field in Mg-Nd-Zn-Zr alloy during friction stir processing / J. Han, J. Chen, L. Peng, F. Zheng, W. Rong, Y. Wu, W. Ding // Materials and Design. – 2016. – Vol. 94. – P. 186–194. – doi: 10.1016/matdes.2016.01.044.

19. Tarasov S.Yu., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. A proposed diffusion-controlled wear mechanism of alloy steel friction stir welding (FSW) tools used on an aluminum alloy // Wear. – 2014. – Vol. 318, iss. 1–2. – P. 130–134. – doi: 10.1016/j.wear.2014.06.014.

20. Dissimilar friction stir welding of 6061 Al to T2 pure Cu adopting tooth-shaped joint configuration: Microstructure and mechanical properties / W. Zhang, Y. Shen, Y. Yan, R. Guo // Materials Science and Engineering: A. – 2017. – Vol. 690. – P. 355–364. – doi: 10.1016/j.msea.2017.02.091.