Применение способа подвода ультразвукового воздействия и оценка его эффективности при сварке трением с перемешиванием алюминиевых сплавов
- Авторы: Иванов А.Н.1, Белобородов В.А.1, Красновейкин В.А.1, Рубцов В.Е.1, Колубаев Е.А.1
-
Учреждения:
- Выпуск: Том 21, № 2 (2019)
- Страницы: 40-52
- Раздел: ТЕХНОЛОГИЯ
- URL: https://medbiosci.ru/1994-6309/article/view/302027
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.2-40-52
- ID: 302027
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Технологические возможности сварки трением с перемешиванием имеют ограничения, связанные с образованием сварочных дефектов, изменением структуры материала и возникновением остаточных напряжений, что ухудшает эксплуатационные характеристики сварных соединений. Известным методом улучшения характеристик сварных соединений является приложение различными способами ультразвукового воздействия в процессе сварки. Однако применение таких способов либо требует сложного технологического оснащения, либо сопровождается значительными потерями мощности и затуханием ультразвуковых колебаний. Перспективным представляется приложение ультразвукового воздействия способом с жесткой фиксацией сонотрода на свариваемом материале, поскольку он не требует сложного технологического оснащения и обеспечивает эффективную передачу колебаний в зону формирования сварного соединения. Целью работы является оценка эффективности ультразвукового воздействия, подводимого способом с жесткой фиксацией сонотрода, путем измерения интенсивности результирующих колебаний и анализа их влияния на прочностные характеристики сварных соединений, получаемых сваркой трением с перемешиванием. Результаты и обсуждение. При помощи лазерной доплеровской виброметрии проведено сравнение двух способов подвода ультразвуковых колебаний. Показано, что способ с жесткой фиксацией сонотрода является более эффективным в сравнении с контактным способом, поскольку при значительно меньшей подводимой мощности обеспечивает интенсивность воздействия колебаний в 2,5…4 раза выше на весь объем материала независимо от расстояния до места их приложения. Механические испытания образцов сварных соединений из сплава Д16Т, полученных сваркой трением с перемешиванием, продемонстрировали, что приложение ультразвуковых колебаний в процессе сварки приводит к повышению прочности на разрыв в соединениях на 10…13 %. При этом достигнутая максимальная прочность составляет 92 % от прочности основного металла. Кроме того, показано, что приложение ультразвуковых колебаний в процессе сварки соединений толщиной 2,5 и 5,0 мм привело к повышению прочности материала в зоне перемешивания, а для соединений толщиной 10,0 мм – к упрочнению в зоне термомеханического воздействия.
Об авторах
А. Н. Иванов
Email: ivan@ispms.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, ivan@ispms.ru
В. А. Белобородов
Email: vabel@ispms.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, vabel@ispms.ru
В. А. Красновейкин
Email: volodia74ms@yandex.ru
кандидат физико-математических наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, volodia74ms@yandex.ru
В. Е. Рубцов
Email: rvy@ispms.ru
кандидат физико-математических наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, rvy@ispms.ru
Е. А. Колубаев
Email: eak@ispms.ru
доктор технических наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, eak@ispms.ru
Список литературы
- Nandan R., Debroy T., Bhadeshia H.K.D.H. Recent advances in friction-stir welding – process, welding structure and properties // Progress in Materials Science. – 2008. – Vol. 53 (6). – P. 980–1023.
- Stephen Leon J.L., 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.
- Suman P., Srinivasa Rao P., Sreeramulu D. A survey on friction stir welding of dissimilar magnesium alloys // International Journal of Scientific Research and Review. – 2019. – Vol. 8, iss. 1. – P. 26–38. – doi: 10.13140/RG.2.2.11026.91844.
- Podrzaj P., Jerman B., Klobcar D. Welding defects at friction stir welding // Metalurgija. – 2015. – Vol. 54 (2). – P. 387–389.
- Microstructure and properties of friction stir welded aluminium alloys / J. Karlsson, B. Karlsson, H. Larsson, L. Karlsson, L.E. Svensson // Proceedings of 7th International Conference on Joints in Aluminium – INALCO 98. - Cambridge: Woodhead Publishing, 1998. – P. 231.
- Cerri E., Leo P. Influence of high temperature thermal treatment on grain stability and mechanical properties of medium strength aluminium alloy friction stir welds // Journal of Materials Processing Technology. – 2013. – Vol. 213. – P. 75–83.
- Review on friction stir welding process / R.V. Arunprasad, G. Surendhiran, M. Ragul, T. Soundarrajan, S. Moutheepan, S. Boopathi // International Journal of Applied Engineering. – 2018. – Vol. 13, N 8. – P. 5750–5758.
- Nirgude S.K., Choudhari C.M., Kalpande S.D. A review on pre/post treatments used in friction stir welding // International Conference on Advances in Thermal Systems, Materials and Design Engineering (ATSMDE-2017), 21–22 December 2017. – Mumbai, India, 2017. – P. 503–509. – DOI: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.3101621.
- Effect of heat treatment T6 on the friction stir welded SSM 6061 aluminum alloys / W. Boonchouytan, J. Chatthong, S. Rawangwong, R. Burapa // Energy Procedia. – 2014. – Vol. 56. – P. 172–180. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.07.146.
- Park K. Development and analysis of ultrasonic assisted friction stir welding process: PhD dissertation / University of Michigan. – Ann Arbor, MI, 2009. – 125 р.
- Amini S., Amiri M.R. Study of ultrasonic vibrations’; effect on friction stir welding // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 73. – P. 127–135. – DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-014-5806-7.
- Padhy G.K., Wu C.S., Gao S. Auxiliary energy assisted friction stir welding – status review // Science and Technology of Welding and Joining. – 2015. – Vol. 20 (8). – P. 631–649. – DOI: https://doi.org/10.1179/1362171815Y.0000000048.
- Effect of ultrasonic vibration on welding load, macrostructure, and mechanical properties of Al/Mg alloy joints fabricated by friction stir lap welding / S. Kumar, C.S. Wu, S. Zhen, W. Ding // International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019. – Vol. 100, iss. 5–8. – P. 1787–1799. – DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-018-2717-z.
- A study of the temperature field during ultrasonic-assisted friction-stir welding / L. Ruilin, H. Diqiu, L. Luocheng,Y. Shaoyong,Y. Kunyu // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 73 (1–4). – P. 321–327. – doi: 10.1007/s00170-014-5813-8.
- Muhammad N.A., Wu C.S., Padhy G.K. Review: Progress and trends in ultrasonic vibration assisted friction stir welding // Journal of Harbin Institute of Technology (New Series). – 2018. – Vol. 25 (3). – P. 16–42. – DOI: https://doi.org/10.11916/j.issn.1005-9113.17105.
- Liu X.C., Wu C.S. Experimental study on ultrasonic vibration enhanced friction stir welding // Proceedings of the 1st International Joint Symposium on Joining and Welding. – Osaka, Japan, 2013. – P. 151–154. – doi: 10.1533/978-1-78242-164-1.151.
- Realization of Al/Mg-Hybrid-Joints by ultrasound supported friction stir welding – mechanical properties, microstructure and corrosion behavior / B. Strass, G. Wagner, C. Conrad, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 966–967. – P. 521–535. – doi: 10.4028/
- Effect of ultrasonic vibration on the friction stir weld quality of aluminium alloy / X.C. Liu, C.S. Wu, H. Zhang, M. Chen // China Welding (English Edition). – 2013. – Vol. 22 (3). – P. 12–17.
- Патент 2616313 Российская Федерация. Способ сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием / Е.А. Колубаев, В.Е. Рубцов, А.Н. Иванов, С.Г. Псахье, С.В. Фортуна, В.А. Бакшаев, П.А. Васильев. – № 2015153096; заявл. 10.12.15; опубл. 14.04.17, Бюл. № 11.
- Ultrasonic-assisted laser welding on AISI 321 stainless steel / S.Y. Tarasov, A.V. Vorontsov, S.V. Fortuna, V. E. Rubtsov, V. A. Krasnoveikin, E. A. Kolubaev // Welding in the World. – 2019. – Vol. 63, iss. 3. – P. 875–886. – DOI: https://doi.org/10.1007/s40194-019-00716-1.
Дополнительные файлы
