Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом
Предложена новая технология сварки взрывом высокопрочных алюминиевых сплавов серии 7ххх, базирующаяся на свойстве термоупрочняемых алюминиевых сплавов — естественном старении, т. е. процессе самопроизвольного упрочнения сплава после закалки, дающем возможность в течение инкубационного периода произв...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100971 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом / С.Ю. Илларионов, Л.Д. Добрушин, А.Г. Брызгалин, Ю.И. Фадеенко // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 65-68. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860239063634673664 |
|---|---|
| author | Илларионов, С.Ю. Добрушин, Л.Д. Брызгалин, А.Г. Фадеенко, Ю.И. |
| author_facet | Илларионов, С.Ю. Добрушин, Л.Д. Брызгалин, А.Г. Фадеенко, Ю.И. |
| citation_txt | Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом / С.Ю. Илларионов, Л.Д. Добрушин, А.Г. Брызгалин, Ю.И. Фадеенко // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 65-68. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Предложена новая технология сварки взрывом высокопрочных алюминиевых сплавов серии 7ххх, базирующаяся на свойстве термоупрочняемых алюминиевых сплавов — естественном старении, т. е. процессе самопроизвольного упрочнения сплава после закалки, дающем возможность в течение инкубационного периода произвести сварку взрывом.
A new technology is offered for explosion welding of series 7xxx high-strength aluminium alloys. The technology is based on natural ageing, which is a property of heat-hardening aluminium alloys, i.e. the process of spontaneous strengthening of an alloy after quenching, which makes it possible to perform explosion welding during the incubation period.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:27:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.76
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ
ВЫСОКОПРОЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ
С. Ю. ИЛЛАРИОНОВ, инж., Л. Д. ДОБРУШИН, д-р техн. наук, Ю. И. ФАДЕЕНКО, канд. физ.-мат. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Предложена новая технология сварки взрывом высокопрочных алюминиевых сплавов серии 7ххх, базирующаяся
на свойстве термоупрочняемых алюминиевых сплавов — естественном старении, т. е. процессе самопроизвольного
упрочнения сплава после закалки, дающем возможность в течение инкубационного периода произвести сварку
взрывом.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка взрывом, плакирование взры-
вом, высокопрочные алюминиевые сплавы, термоупрочняе-
мые алюминиевые сплавы, естественное старение
Благодаря высокой прочности (до 600 МПа) алю-
миниевые высокопрочные сплавы серии 7ххх
широко используются в авиастроении, в част-
ности, узлах корпусов самолетов.
Сплавы серии 7ххх являются термоупрочняе-
мыми. Получение требуемых механических
свойств в широких пределах достигается за счет
их термообработки. Эти сплавы имеют систему
легирования Al–Zn–Mg или Al–Zn–Mg–Cu.
В связи с переходом от клепаных к сварным
конструкциям корпусов гражданских самолетов
возрастает актуальность проблемы получения на-
дежных сварных соединений высокопрочных тер-
моупрочняемых алюминиевых сплавов. Для тра-
диционных способов сварки, сопровождающихся
интенсивным разогревом материала, такие сплавы
считаются трудно или вообще не свариваемыми
из-за того, что их механические свойства в зна-
чительной мере определяются циклом термооб-
работки, режим которой должен соблюдаться ре-
цизионно, поэтому в зоне термического влияния
происходит разупрочнение, возникает ликвацион-
ное растрескивание и др. Получить качест-
венные соединения некоторых сплавов
серии 7ххх удается с помощью лазерной,
электронно-лучевой сварки, а также сварки
трением с перемешиванием.
По заказу фирмы «Airbus UK Ltd.» в ИЭС
им. Е. О. Патона проводились исследования
по сварке взрывом сплавов серии 7ххх с
целью оценки их свариваемости. При сварке
взрывом главной трудностью является их
малая пластичность. В зависимости от марки
сплава и вида его упрочняющей термооб-
работки относительное удлинение может
составлять всего лишь 3…16 %. Традиционным
приемом при сварке таких материалов является
использование мягкой прослойки из технически
чистого алюминия. В некоторых случаях это неп-
риемлемо, поскольку интегральная прочность со-
единения на отрыв будет определяться лишь проч-
ностью технически чистого алюминия с учетом
эффекта контактного упрочнения мягкой прос-
лойки. В связи с этим задача соединения алю-
миниевых сплавов по-прежнему актуальна.
Целью настоящей работы является оценка эф-
фективности использования новой технологии
сварки взрывом для получения соединений раз-
личных сплавов серии 7ххх, которые применя-
ются в переходных элементах узлов летательных
аппаратов.
В качестве плакируемого сплава использовали
модифицированный аналог сплав 7050 толщиной
150 мм. Плакирующими материалами являлись
сплавы 7017 Т651 толщиной 10 мм и 7018 Т7651
толщиной 10 и 15 мм. Типичный химический сос-
тав и механические свойства этих сплавов при-
ведены в табл. 1 и 2.
Для плакирования образцов использовали па-
раллельную схему сварки взрывом, при которой
© С. Ю. Илларионов, Л. Д. Добрушин, Ю. И. Фадеенко, 2009
Т а б л и ц а 1. Химический состав (мас. %) исследуемых сплавов
Сплав Si Fe Mg Cu Zn
7017 Т651 0,12 0,22 2,27 0,12 4,78
7018 T7651 0,16 0,30 1,00 0,12 4,80
Аналог 7050 До 0,06 До 0,08 1,20…1,80 1,30…2,0 7,00…8,00
Т а б л и ц а 2. Механические свойства исследуемых сплавов
Сплав σв, МПа σ0,2, МПа δ, %
7017 Т651 468 425 13,0
7018 Т7651 350 291 16,4
Аналог 7050 510 476 7,0
11/2009 65
плакирующая пластина перед сваркой распола-
гается параллельно плакируемой. По сравнению
с угловой такая схема проще при монтаже и ха-
рактеризуется равенством скорости детонации D
взрывчатого вещества (ВВ) и скорости точки кон-
такта vк свариваемых поверхностей. В качестве ВВ
использовали смесь аммонита № 6ЖВ с аммиачной
селитрой в определенном соотношении.
Как отмечено в работах [1, 2], у этого класса
алюминиевых сплавов (в указанных источниках
речь идет об аналоге исследуемых материалов —
сплаве В95) наиболее узкая область свариваемос-
ти из всех алюминиевых сплавов, соединяемых
сваркой взрывом, из-за их малой пластичности
при сварке взрывом степень локализации плас-
тической деформации металла зоны соединения
велика, что приводит к существенному разогреву
металла вблизи сварного шва. При этом волна
разгрузки, приходящая в сварной шов, способна
разрушить формирующееся соединение. В работе
[2] предложено расширить область свариваемости
за счет смещения положения нижней ее границы
в сторону понижения уровня энерговложения в
сварное соединение, что было достигнуто с по-
мощью предварительного гомогенизирующего от-
жига сплавов. В работе [2] предлагается после
сварки взрывом выполнять упрочняющую термо-
обработку соединения.
В настоящей работе осуществлять такой отжиг
не представлялось возможным, поскольку недо-
пустим нагрев основной пластины. Следует от-
метить, что процесс термообработки плакируемо-
го металла запрещен (запатентован), а изменять
что-либо в свойствах материала авторы не могли.
Это касалось также всего соединения в целом.
Принимая во внимание описанные выше ог-
раничения по получению сварных соединений
сплавов серии 7ххх, авторы стремились при оп-
тимизации режимов сварки взрывом как можно
больше увеличить время действия продуктов де-
тонации на плакирующую пластину. На практике
это достигалось уменьшением сварочного зазора
(0,6…0,7 толщины метаемой пластины) и увели-
чением толщины слоя ВВ [3]. Для снижения энер-
говложения в зону соединения скорость дето-
нации ВВ выбирали относительно низкой D =
= 1800…1900 м/с.
В процессе выполнения исследований автора-
ми предложена новая технология сварки взрывом
высокопрочных алюминиевых сплавов, которая
базируется на известном свойстве термоупрочня-
емых алюминиевых сплавов — естественном ста-
рении, т. е. процессе спонтанного упрочнения
сплава.
Принцип использования эффекта старения за-
ключается в следующем. Плакирующая пластина,
которая поставляется в упрочненном состоянии,
подвергается закалке, что приводит к растворе-
нию упрочняющих фаз, снижению прочностных
и увеличению пластических свойств. Затем
происходят процессы естественного старения
(при комнатной температуре). Сразу после закал-
ки, пока плакирующий материал еще достаточно
пластичен, необходимо выполнить сварку взры-
вом, после которой продолжается рост прочности
плакирующей пластины, а соответственно и со-
единения. Полезным фактором является наличие
так называемого инкубационного периода, когда
после закалки снижения пластичности не проис-
ходит. У сплавов серии 7ххх этот период сос-
тавляет около 1 сут, а например, у сплава Д16
— 2…3 ч. Этот эффект используется также при
штамповке.
У сплавов серии 7ххх процесс естественного
старения продолжается несколько месяцев, а по
некоторым сведениям, даже лет. Однако основной
прирост прочности достигается уже в течение од-
ного месяца. Следует отметить, что естественное
старение не обеспечивает получения максималь-
ной прочности сплава. Оптимальное сочетание
желаемых свойств (максимальной прочности или
прочности в сочетании с пластичностью) полу-
чают с помощью искусственного старения.
Практически реализацию новой технологии
осуществляли следующим образом: плакирующие
пластины из сплавов 7017 и 7018 подвергали наг-
реву в печи до 465 °С в течение 1 ч, охлаждали
в воде и не более чем через 3 ч выполняли сварку
взрывом. На рис. 1 можно увидеть, что хрупкий
излом плакирующей пластины по краям сварного
образца отсутствует, т. е. плакирующий сплав при
этом достаточно пластичен.
Полученные соединения исследовали как с ис-
пользованием новой технологии, так и без нее:
металлографические исследования методом опти-
ческой микроскопии шлифов, вырезанных вдоль
направления распространения процесса сварки
взрывом; исследования прочности на статический
отрыв плакирующего слоя (рис. 2).
Рис. 1. Вид образца после плакирования взрывом
66 11/2009
Для контроля процесса прохождения естест-
венного старения плакирующего слоя периоди-
чески контролировали изменение его твердости
при нагрузке 600 Н.
Как видно из рис. 3, без термообработки в
зоне соединения имеют место дефекты, уровень
прочности в этом случае низкий (образец разру-
шился еще при изготовлении на станке). Резуль-
таты механических испытаний на отрыв плаки-
рующего слоя сплава 7017 представлены в табл. 3.
Контроль твердости плакирующего слоя по-
казал, что через 20 дней после закалки она сос-
тавляет HRB 87…89, через 32 дня — HRB 90…92,
тогда как в максимально прочном исходном сос-
тоянии HRB 105…106.
На основе замеров твердости и прочности со-
единения на отрыв определено, что достигнуть
исходных механических характеристик сплава
7017 путем естественного старения не удается.
Но эффект применения новой технологии при
этом остается значительным.
Т а б л и ц а 3 . Результаты механических испытаний на
отрыв плакирующего слоя сплава 7017
Состояние металла
плакирующего слоя σв
соед, МПа σв
соед : σв
исх, %
Закалка + естественное старе-
ние, сут:
6 272 58
32 420 89
Пр и м е ч а н и е . Здесь и в табл. 4 σв
с о е д , σв
и с х — временное
сопротивление соответственно соединения и исходного метал-
ла.
Рис. 2. Схема испытания на статический отрыв плакирующе-
го слоя: 1 — пуансон; 2 — граница соединения; 3 — опора;
4 — плакирующий сплав; 5 — сплав основы
Рис. 3. Типичная микроструктура ( 100) соединения сплава
7017 без термообработки плакирующей пластины (а) и ана-
лога сплава 7050 с применением новой технологии сварки
взрывом (б)
Рис. 4. Типичная микроструктура ( 100) соединения сплава
7018 без термообработки плакирующей пластины (а) и ана-
лога сплава 7050 с применением новой технологии сварки
взрывом (б)
11/2009 67
Как видно из рис. 4, без термообработки в
зоне соединения имеют место завихрения и греб-
ни волн, что является признаком значительной
локализации пластической деформации металла
зоны соединения, приводящей к сильному разог-
реву металла вблизи сварного шва и неоднород-
ности структуры. В данном случае это не влияет
на статическую прочность соединения, но, учи-
тывая малую пластичность соединения, должно
оказывать отрицательное влияние на усталостную
и циклическую прочность. Результаты механичес-
ких испытаний на отрыв плакирующего слоя
представлены в табл. 4.
Контроль твердости покрытия из сплава 7018
показал, что через 20 дней после закалки она сос-
тавляет HRB 80…82, через 32 дня HRB 87…89,
тогда как в максимально прочном исходном сос-
тоянии HRB 101…102.
При проектировании современных летатель-
ных аппаратов может использоваться ряд сплавов
серии 7ххх. Поскольку в настоящее время идут
интенсивные работы по замене клепаных соеди-
нений сварными, возникает необходимость в свар-
ных переходных элементах между узлами из раз-
нородных сплавов серии 7ххх, при этом перспек-
тивным является использование сварки взрывом.
Как отмечено выше, сплавы серии 7ххх счи-
таются трудносвариваемыми. Получить надежные
соединения большой толщины сваркой плавлени-
ем для одних сплавов этой серии удается, а для
других проблематично. Рациональным выходом
из этой ситуации может быть использование тех-
нологической схемы, когда на кромки стыка труд-
носвариваемого алюминиевого сплава сваркой
взрывом наносится слой сплава той же системы,
но отличающийся хорошей свариваемостью, нап-
ример, при сварке электронным лучом или лазе-
ром. Пример такого комбиниро- ванного соеди-
нения показан на рис. 5.
Таким образом, использование предложенной
новой технологии получения соединений термо-
упрочняемых высокопрочных алюминиевых спла-
вов сварки взрывом позволяет существенно рас-
ширить диапазон их свариваемости. Иногда это
становится единственно возможным способом по-
лучения надежного соединения.
Применение новой технологии позволяет не
производить последующую после сварки взрывом
термообработку с целью повышения прочности
соединения. Это особенно важно в случае, когда
термообработка недопустима для плакируемого
сплава серии 7ххх, поскольку может изменить его
исходные прочностные свойства. Новая техноло-
гия сварки взрывом может эффективно приме-
няться в комбинации с традиционными способами
сварки плавлением.
1. Лысак В. И., Кузьмин С. В. Сварка взрывом. — М.: Ма-
шиностроение-1, 2005. — 544 с.
2. Воеводин Л. Б. Разработка технологии изготовления
сваркой взрывом композиционных материалов на основе
алюминиевых сплавов: Дис. … канд. техн. наук. — Вол-
гоград, 1987. — 160 с.
3. Кудинов В. М., Коротеев А. Я. Сварка взрывом в метал-
лургии. — М.: Металлургия, 1978. — 168 с.
A new technology is offered for explosion welding of high-strength aluminium alloys of series 7xxx. The technology is
based on natural ageing, which is a property of heat-hardening aluminium alloys, i.e. the process of self-strengthening
of an alloy after hardening, which makes it possible to perform explosion welding during the incubation period.
Поступила в редакцию 08.10.2009
Т а б л и ц а 4. Результаты механических испытаний на
отрыв плакирующего слоя сплава 7018
Состояние металла
плакирующего слоя σв
соед, МПа σв
соед : σв
исх, %
Закалка + естественное ста-
рение, сут:
6 290 82
32 340 97
70 350 100
Без термообработки 350 100
Рис. 5. Макроструктура стыкового комбинированного соеди-
нения высокопрочного трудносвариваемого алюминиевого
сплава
68 11/2009
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100971 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:27:48Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Илларионов, С.Ю. Добрушин, Л.Д. Брызгалин, А.Г. Фадеенко, Ю.И. 2016-05-28T15:59:28Z 2016-05-28T15:59:28Z 2009 Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом / С.Ю. Илларионов, Л.Д. Добрушин, А.Г. Брызгалин, Ю.И. Фадеенко // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 65-68. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100971 621.791.76 Предложена новая технология сварки взрывом высокопрочных алюминиевых сплавов серии 7ххх, базирующаяся на свойстве термоупрочняемых алюминиевых сплавов — естественном старении, т. е. процессе самопроизвольного упрочнения сплава после закалки, дающем возможность в течение инкубационного периода произвести сварку взрывом. A new technology is offered for explosion welding of series 7xxx high-strength aluminium alloys. The technology is based on natural ageing, which is a property of heat-hardening aluminium alloys, i.e. the process of spontaneous strengthening of an alloy after quenching, which makes it possible to perform explosion welding during the incubation period. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом New technology for production of joints on high-strength aluminium alloys by explosion welding Article published earlier |
| spellingShingle | Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом Илларионов, С.Ю. Добрушин, Л.Д. Брызгалин, А.Г. Фадеенко, Ю.И. Производственный раздел |
| title | Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом |
| title_alt | New technology for production of joints on high-strength aluminium alloys by explosion welding |
| title_full | Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом |
| title_fullStr | Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом |
| title_full_unstemmed | Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом |
| title_short | Новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом |
| title_sort | новая технология получения соединений высокопрочных алюминиевых сплавов сваркой взрывом |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100971 |
| work_keys_str_mv | AT illarionovsû novaâtehnologiâpolučeniâsoedineniivysokopročnyhalûminievyhsplavovsvarkoivzryvom AT dobrušinld novaâtehnologiâpolučeniâsoedineniivysokopročnyhalûminievyhsplavovsvarkoivzryvom AT bryzgalinag novaâtehnologiâpolučeniâsoedineniivysokopročnyhalûminievyhsplavovsvarkoivzryvom AT fadeenkoûi novaâtehnologiâpolučeniâsoedineniivysokopročnyhalûminievyhsplavovsvarkoivzryvom AT illarionovsû newtechnologyforproductionofjointsonhighstrengthaluminiumalloysbyexplosionwelding AT dobrušinld newtechnologyforproductionofjointsonhighstrengthaluminiumalloysbyexplosionwelding AT bryzgalinag newtechnologyforproductionofjointsonhighstrengthaluminiumalloysbyexplosionwelding AT fadeenkoûi newtechnologyforproductionofjointsonhighstrengthaluminiumalloysbyexplosionwelding |