ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

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.

1. Кочергин К.А. Контактная сварка. – Л.: Машиностроение, 1987. – 240 с.

2. Орлов Б.Д. Технология и оборудование контактной сварки. – М.: Машиностроение, 1986. – 352 с.

3. Zhou K., Yao P. Overview of recent advances of process analysis and quality control in resistance spot welding // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2019. – Vol. 124. – P. 170–198. – DOI: 10.1016/j.ymssp.2019.01.041.

4. Developments in characterization of resistance spot welding of aluminum / M. Hao, K.A. Osman, D.R. Boomer, C.J. Newton // Welding Journal – Including Welding Research Supplement. – 1996. – Vol. 75 (1). – P. 1–4. – URL: https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-0029777851&origin=inward&txGid=43eb57982320fc23bd6ff9a0a6c0a142 (accessed: 07.08.2025).

5. A review on resistance spot welding of aluminum alloys / S.M. Manladan, F. Yusof, S. Ramesh, M. Fadzil, Z. Luo, S. Ao // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 90. – P. 605–634. – DOI: 10.1007/s00170-016-9225-9.

6. Feasibility study of dissimilar joining of aluminum alloy 5052 to pure copper via thermo-compensated resistance spot welding / Y. Zhang, Y. Li, Z. Luo, T. Yuan, J. Bi, Z.M. Wang, Z.P. Wang, Y.J. Chao // Materials & Design. – 2016. – Vol. 106. – P. 235–246. – DOI: 10.1016/j.matdes.2016.05.117.

7. Zhang W., Xu J. Advanced lightweight materials for automobiles: A review // Materials & Design. – 2022. – Vol. 221. – P. 110994. – DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110994.

8. Achieving safety and weight reduction in automobiles with the application of composite material / N. Sateesh, R. Subbiah, B.Ch Nookaraju, D. Siva Nagaraju // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 62. – P. 4469–4472. – DOI: 10.1016/j.matpr.2022.04.936.

9. Materials for automotive lightweighting / A. Taub, E. De Moor, A. Luo, D.K. Matlock, J.G. Speer, U. Vaidya // Annual Review of Materials Research. – 2019. – Vol. 49 (1). – P. 327–359. – DOI: 10.1146/annurev-matsci-070218-010134.

10. Joining aluminum alloy 5052 sheets via novel hybrid resistance spot clinching process / Y. Zhang, H. Shan, Y. Li, J. Guo, Z. Luo, C. Yong Ma // Materials & Design. – 2017. – Vol. 118. – P. 36–43. – DOI: 10.1016/j.matdes.2017.01.017.

11. Ambroziak A., Korzeniowski M. Using resistance spot welding for joining aluminium elements in automotive industry // Archives of Civil and Mechanical Engineering. – 2010. – Vol. 10 (1). – P. 5–13. – DOI: 10.1016/S1644-9665(12)60126-5.

12. Influence of welding parameters on the tensile shear strength of aluminum alloy joint welded by resistance spot welding / R. Qiu, Z. Zhang, K. Zhang, H. Shi, G. Ding // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2011. – Vol. 20. – P. 355–358. – DOI: 10.1007/s11665-010-9703-4.

13. Effects of sheet surface conditions on electrode life in resistance welding aluminum / Z. Li, C. Hao, J. Zhang, H. Zhang // Welding Journal. – 2007. – Vol. 86 (4).

14. Characterization of resistance spot welded joints between aluminum alloy and mild steel with composite electrodes / R. Qiu, J. Li, H. Shi, H. Yu // Journal of Materials Research and Technology. – 2023. – Vol. 24. – P. 1190–1202.

15. Corrosion behavior in aluminum/galvanized steel resistance spot welds and self-piercing riveting joints in salt spray environment / B. Pan, H. Sun, S.-L. Shang, W. Wen, M. Banu, J.C. Simmer, B.E. Carlson, N. Chen, Z.-K. Liu, Z. Zheng, P. Wang, J. Li // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 70. – P. 608–620. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.08.052.

16. Microstructural and interface geometrical influence on the mechanical fatigue property of aluminum/high-strength steel lap joints using resistance element welding for lightweight vehicles: experimental and computational investigation / S. Baek, G.Y. Go, J.-W. Park, J. Song, H.-c. Lee, S.-J. Lee, S. Lee, C. Chen, M.-S. Kim, D. Kim // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 17. – P. 658–678. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.01.041.

17. Arumugam A., Pramanik A. A review on the recent trends in forming composite joints using spot welding variants // Journal of Composites Science. – 2024. – Vol. 8 (4). – P. 155. – DOI: 10.3390/jcs8040155.

18. Welding time effect on mechanical properties of automotive sheets in electrical resistance spot welding / S. Aslanlar, A. Ogur, U. Ozsarac, E. Ilhan // Materials & Design. – 2008. – Vol. 29 (7). – P. 1427–1431. – DOI: 10.1016/j.matdes.2007.09.004.

19. Matsushita M., Ikeda R., Oi K. Development of a new program control setting of welding current and electrode force for single-side resistance spot welding // Welding in the World. – 2015. – Vol. 59. – P. 533–543. – DOI: 10.1007/s40194-015-0228-1.

20. Chang B.H., Zhou Y. Numerical study on the effect of electrode force in small-scale resistance spot welding // Journal of Materials Processing Technology. – 2003. – Vol. 139 (1–3). – P. 635–641. – DOI: 10.1016/S0924-0136(03)00613-7.

21. Podrzaj P., Jerman B., Simoncic S. Poor fit-up condition in resistance spot welding // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 230. – P. 21–25. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.11.009.

22. Yu J. New methods of resistance spot welding using reference waveforms of welding power // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 2016. – Vol. 17. – P. 1313–1321. – DOI: 10.1007/s12541-016-0156-z.

23. Interfacial microstructure and mechanical property of resistance spot welded joint of high strength steel and aluminium alloy with 4047 AlSi12 interlayer / W. Zhang, D. Sun, L. Han, D. Liu // Materials & Design. – 2014. – Vol. 57. – P. 186–194. – DOI: 10.1016/j.matdes.2013.12.045.

24. Pouranvari M., Marashi S.P.H. Critical review of automotive steels spot welding: process, structure and properties // Science and Technology of Welding and Joining. – 2013. – Vol. 18 (5). – P. 361–403. – DOI: 10.1179/1362171813Y.0000000120.

25. Production of new nanostructures for modification of steels and cast irons / A.I. Karlina, V.V. Kondrat'ev, A.D. Kolosov, A.E. Balanovskiy, N.A. Ivanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012183. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012183.

26. Plasma-arc surface modification of metals in a liquid medium / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, V.V. Kondrat'ev, V. Van Huy, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012013. – DOI: 10.1088/1757-899X/411/1/012013.

27. Application of plasma surface quenching to reduce rail side wear / M.V. Konstantinova, A.E. Balanovskiy, V.E. Gozbenko, S.K. Kargapoltsev, A.I. Karlina, M.G. Shtayger, E.A. Guseva, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012146. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012146.

28. Capability enhancement of production of activating fluxes for arc welding using ultradispersed products of silicon waste processing / N.N. Ivanchik, A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, I.A. Sysoev, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012035. – DOI: 10.1088/1757-899X/411/1/012035.

29. Change in the properties of rail steels during operation and reutilization of rails / K. Yelemessov, D. Baskanbayeva, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina // Metals. – 2023. – Vol. 13. – P. 1043. – DOI: 10.3390/met13061043.

30. Comparative metallographic analysis of the structure of St3 steel after being exposed to different ways of work-hardening / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, M.V. Grechneva, V.V. Kondrat'ev, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012012. – DOI: 10.1088/1757-899X/411/1/012012.

31. Complex metallographic researches of 110G13L steel after heat treatment / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, V.V. Kondrat'Ev, S.A. Nebogin, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012014. – DOI: 10.1088/1757-899X/411/1/012014.

32. Comparative evaluation of austenite grain in high-strength rail steel during welding, thermal processing and plasma surface hardening / A.D. Kolosov, V.E. Gozbenko, M.G. Shtayger, S.K. Kargapoltsev, A.E. Balanovskiy, A.I. Karlina, A.V. Sivtsov, S.A. Nebogin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560. – P. 012185. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012185.

33. An investigation into the behavior of cathode and anode spots in a welding discharge / A.I. Karlina, A.E. Balanovskiy, V.V. Kondratiev, V.V. Romanova, A.G. Batukhtin, Y.I. Karlina // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14 (21). – P. 9774. – DOI: 10.3390/app14219774.

34. Hybrid processing: the impact of mechanical and surface thermal treatment integration onto the machine parts quality / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.V. Kutyshkin, K.A. Parts // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 126 (1). – P. 012016. – DOI: 10.1088/1757-899x/126/1/012016.

35. Research on the possibility of lowering the manufacturing accuracy of cycloid transmission wheels with intermediate rolling elements and a free cage / E.A. Efremenkov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, M.V. Grechneva, A.V. Olisov, A.D. Ens // Applied Sciences. – 2022. – Vol. 12 (1). – Vol. 5. – DOI: 10.3390/app12010005.

36. Martyushev N.V., Skeeba V.Yu. The method of quantitative automatic metallographic analysis // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 803 (1). – P. 012094. – DOI: 10.1088/1742-6596/803/1/012094.

37. Skeeba V.Yu., Ivancivsky V.V. Reliability of quality forecast for hybrid metal-working machinery // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2018. – Vol. 194 (2). – P. 022037. – DOI: 10.1088/1755-1315/194/2/022037.

38. Defining efficient modes range for plasma spraying coatings / E.A. Zverev, V.Y. Skeeba, P.Y. Skeeba, I.V. Khlebova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – 87(8). – 082061. – DOI: 10.1088/1755-1315/87/8/082061.

39. Скиба В.Ю. Гибридное технологическое оборудование: повышение эффективности ранних стадий проектирования комплексированных металлообрабатывающих станков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – C. 62–83. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-62-83.

40. Исследование процесса автоматического управления сменой полярности тока в условиях гибридной технологии электрохимической обработки коррозионностойких сталей / М.А. Борисов, Д.В. Лобанов, А.С. Янюшкин, В.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 1. – С. 6–15. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.1-6-15.

41. Influence of welding regimes on structure and properties of steel 12KH18N10T weld metal in different spatial positions / R.A. Mamadaliev, P.V. Bakhmatov, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1255–1264. – DOI: 10.1007/s11015-022-01271-9.