Применение способа подвода ультразвукового воздействия и оценка его эффективности при сварке трением с перемешиванием алюминиевых сплавов

Обложка

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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Podrzaj P., Jerman B., Klobcar D. Welding defects at friction stir welding // Metalurgija. – 2015. – Vol. 54 (2). – P. 387–389.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Park K. Development and analysis of ultrasonic assisted friction stir welding process: PhD dissertation / University of Michigan. – Ann Arbor, MI, 2009. – 125 р.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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/ href='www.scientific.net/AMR.966-967.521' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.966-967.521.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).