ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫ
Print ISSN: 1994-6309    Online ISSN: 2541-819X
English | Русский

Последний выпуск
Том 23, № 1 Январь - Март 2021

Влияние режима сварки трением с перемешиванием и ее направления относительно направления прокатки сплава Д16 на структуру и свойства его сварных соединений

Том 22, № 4 Октябрь - Декабрь 2020
Авторы:

Иванов Алексей Николаевич,
Рубцов Валерий Евгеньевич,
Колубаев Евгений Александрович,
Бакшаев Владимир Александрович,
Ивашкин Иван Николаевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2020-22.4-110-123
Аннотация

Введение. Режим сварки трением с перемешиванием определяет характер термомеханического воздействия на свариваемый материал, поэтому критическое изменение даже одного из параметров режима может привести к формированию дефектов и снижению прочности сварного соединения. Немаловажным фактором также является ориентация свариваемого материала относительно направления сварки, поскольку она определяет кинетику деформирования материала и, как следствие, результирующую структуру и свойства. Исследования процессов сварки трением с перемешиванием в основном заключаются в анализе конечных свойств получаемых сварных соединений и их сопоставлении с параметрами режима сварки. Но для решения задачи получения прочных и качественных сварных соединений немаловажной также является оценка сопротивления материала деформированию от воздействия сварочного инструмента, что достигается мониторингом ряда параметров непосредственно в процессе сварки. Целью работы является исследование влияния параметров режима сварки и ориентации структуры свариваемого материала на протекание процесса сварки трением с перемешиванием, а также на структуру и прочность получаемых сварных соединений алюминиевого сплава Д16. Результаты и обсуждение. Посредством мониторинга крутящего момента и усилия сварки показано, что при повышении усилия внедрения инструмента сопротивление материала деформированию повышается. При сварке поперек направления прокатки исходного материала параметры крутящего момента и усилия сварки снижаются на 5…20 %. Повышение скорости сварки обеспечивает рост сопротивления материала перемещению инструмента, при этом направление сварки не оказывает значительного влияния. С повышением частоты вращения инструмента сопротивление материала деформированию снижается, а температура сварки повышается, что приводит к повышению степени пластификации материала и улучшению условий его массопереноса. Также показано, что режим сварки, позволяющий вести сварку сплава Д16 при температуре 450…500 ºС, обеспечивает степень пластификации материала, при которой получаются сварные соединения с качественной структурой и высокими механическими свойствами. В этих условиях направление сварки относительно направления прокатки исходного материала оказывает влияние: при сварке вдоль направления прокатки предел прочности соединения достигает значения 92 %, а при сварке поперек – 95 % от предела прочности исходного материала.


Ключевые слова: сварка трением с перемешиванием, параметры режима сварки, направление прокатки, алюминиевый сплав

Список литературы

1. 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.



2. Овчинников В.В., Дриц А.М. Технологические особенности сварки трением с перемешиванием соединений алюминиевых сплавов системы Al-Mg // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2019. – № 3. – С. 7–20. – DOI: 10.30987/article_5c7434ed5317f2.05345899.



3. Podrzaj P., Jerman B., Klobcar D. Welding defects at friction stir welding // Metalurgija. – 2015. – Vol. 54, iss. 2. – P. 387–389.



4. On the similarity of deformation mechanisms during friction stir welding and sliding friction of the AA5056 alloy / A. Kolubaev, A. Zaikina, O. Sizova, K. Ivanov, A. Filippov, E. Kolubaev // Russian Physics Journal. – 2018. – Vol. 60 (12). – P. 2123–2129. – DOI: 10.1007/s11182-018-1335-4.



5. Defects formation during friction stir welding: a review / N. Soni, S. Chandrashekhar, A. Kumar, V.R. Chary // International Journal of Engineering and Management Research. – 2017. – Vol. 7, iss. 3. – P. 121–125. – DOI: 10.13140/RG.2.2.19381.93921.



6. Upgrading weld quality of a friction stir welded aluminum alloys AMG6 / I.K. Chernykh, E.V. Vasil'ev, E.N. Matuzko, E.V. Krivonos // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 944. – P. 012025. – DOI: 10.1088/1742-6596/944/1/012025.



7. Mishra R.S., De P.S., Kumar N. Friction stir welding and processing: science and engineering. – Cham: Springer International Publishing, 2014. – 338 p.



8. Khokhlatova L.B., Kolobnev N.I., Ovchinnikov V.V. Properties and structure of friction stir welded joints in 1424 and V-1461 (Al–Li) alloys // Welding International. – 2018. – Vol. 32, N 1. – P. 62–66. – DOI: 10.1080/09507116.2017.1382076.



9. Petch N.J. The cleavage strength of polycrystals // Journal of the Iron & Steel Institute. – 1953. – Vol. 174. – P. 25–28.



10. Friction–stir processed ultrafine grain high–strength Al–Mg alloy material / K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, A.N. Ivanov, S.Yu. Tarasov, V.E. Rubtsov, E.A. Kolubaev // AIP Conference Proceedings. – 2017. – Vol. 1909. – P. 020075. – DOI: 10.1063/1.5013756.



11. EBSD analysis of friction stir welded 7136-T76 aluminum alloy / I. Kalemba, K. Muszka, M. Wróbel, S. Dymek, C. Hamilton // Solid State Phenomena. – 2013. – Vol. 203–204. – P. 258–261. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.203-204.258.



12. High-strength friction stir processed dispersion hardened Al-Cu-Mg alloy / K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, A.N. Ivanov, S.Yu. Tarasov, V.E. Rubtsov, E.A. Kolubaev // AIP Conference Proceedings. – 2017. – Vol. 1909. – P. 020076. – DOI: 10.1063/1.5013757.



13. Recrystallization and related annealing phenomena / F.J. Humphreys, G.S. Rohrer, A. Rollet, M. Hatherly. – 2nd ed. – Amsterdam; Boston: Elsevier, 2004. – 658 p.



14. Багаряцкий Ю.А. Механизм искусственного старения сплава Al-Cu-Mg // Доклады Академии наук СССР. – 1952. – Т. 87. – С. 391–401.



15. On strain-induced dissolution of θ′ and θ particles in Al–Cu binary alloy during equal channel angular pressing / Z. Liu, S. Bai, X. Zhou, Y. Gu // Materials Science and Engineering A. – 2011. – Vol. 528. – P. 2217–2222. – DOI: 10.1016/j.msea.2010.12.060.



16. Lomaev L., Elsukov E.P. Mechanisms of the strain-induced dissolution of phases in nanostructured metals // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2008. – Vol. 72, iss. 10. – P. 1419–1422. – DOI: 10.3103/S1062873808100328.



17. On the coupling between precipitation and plastic deformation in relation with friction stir welding of AA2024 T3 aluminium alloy / C. Genevois, D. Fabregue, A. Deschamps, W.J. Poole // Materials Science & Engineering A. – 2006. – Vol. 441. – P. 39–48. – DOI: 10.1016/j.msea.2006.07.151.



18. Relationship between microstructure, microhardness and corrosion sensitivity of an AA 2024–T3 friction stir welded joint / E. Bousquet, A. Poulon-Quintin, M. Puiggali, O. Devos, M. Touzet // Corrosion Science. – 2011. – Vol. 53. – P. 3026–3034. – DOI: 10.1016/j.corsci.2011.05.049.



19. Influence of process parameters on the microstructural evolution and mechanical characterisations of friction stir welded Al-Mg-Si alloy / S.O. Salih, N. Nigel, H. Ou, W. Sun // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 275. – P. 116366. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116366.



20. Rajakumar S., Muralidharan C., Balasubramanian V. Influence of friction stir welding process and tool parameters on strength properties of AA7075-T6 aluminium alloy joints // Materials and Design. – 2011. – Vol. 32. – P. 535–549. – DOI: 10.1016/j.matdes.2010.08.025.



21. Dialami N., Cervera M., Chiumenti M. Defect formation and material flow in friction stir welding // European Journal of Mechanics – A/Solids. – 2020. – Vol. 80. – P. 103912. – DOI: 10.1016/j.euromechsol.2019.103912.

Благодарности. Финансирование

Работа выполнена в рамках комплексного проекта "Создание производства высокотехнологичного крупногабаритного оборудования интеллектуальной адаптивной сварки трением с перемешиванием для авиакосмической и транспортной отраслей РФ" (соглашение о предоставлении субсидии от 22.11.2019 № 075-11-2019-033), реализуемого ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель», НГТУ и ИФПМ СО РАН при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках постановления Правительства РФ от 09.04.2010 № 218.

Для цитирования:

Влияние режима сварки трением с перемешиванием и ее направления относительно направления прокатки сплава Д16 на структуру и свойства его сварных соединений / А.Н. Иванов, В.Е. Рубцов, Е.А. Колубаев, В.А. Бакшаев, И.Н. Ивашкин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 4. – С. 110–123. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020- 22.4-110-123.

For citation:

Ivanov A.N., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A., Bakshaev V.A., Ivashkin I.N. Effect of friction stir welding mode and its direction relative to the rolling direction of 2024 alloy on the structure and mechanical properties of its weld joints. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2020, vol. 22, no. 4, pp. 110–123. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.4- 110-123. (In Russian).

Просмотров: 177