Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219
Изучены особенности контактной стыковой сварки высокопрочного термически упрочняемого сплава 2219. Показано, что в сварных соединениях дефекты в виде оксидных плен, расслоений отсутствуют. Определены оптимальные условия нагрева зоны пластической деформации при осадке. Разупрочнение зоны термическо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101643 |
| 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: | Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 / С.И. Кучук-Яценко, П.Н. Чвертко, Л.А. Семенов, С.М. Самотрясов, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 9-12. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101643 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кучук-Яценко, С.И. Чвертко, П.Н. Семенов, Л.А. Самотрясов, С.М. Гущин, К.В. 2016-06-06T15:07:10Z 2016-06-06T15:07:10Z 2010 Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 / С.И. Кучук-Яценко, П.Н. Чвертко, Л.А. Семенов, С.М. Самотрясов, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 9-12. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101643 621.791:669.71 Изучены особенности контактной стыковой сварки высокопрочного термически упрочняемого сплава 2219. Показано, что в сварных соединениях дефекты в виде оксидных плен, расслоений отсутствуют. Определены оптимальные условия нагрева зоны пластической деформации при осадке. Разупрочнение зоны термического влияния сварных соединений на 15... 20% практически полностью устраняется послесварочной термической обработкой (закалка с последующим искусственным старением). Предел прочности сварного соединения находится на уровне 93 ... 95 % прочности основного материала. Peculiarities of flash butt welding of high-strength heat-hardening alloy 2219 were investigated. It is shown that the welded joints have no defects of the type of oxide films and delaminations. Optimal conditions for heating of the plastic deformation zone in upsetting were determined. A 15...20 % weakening of the heat-affected zone in the welded joints can be fully eliminated by postweld heat treatment (hardening with subsequent artificial ageing). Tensile strength of the welded joint is at a level of 93...95 % of that of the base metal. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 Peculiarities of flash-butt welding of high-strength aluminium alloy 2219 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 |
| spellingShingle |
Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 Кучук-Яценко, С.И. Чвертко, П.Н. Семенов, Л.А. Самотрясов, С.М. Гущин, К.В. Научно-технический раздел |
| title_short |
Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 |
| title_full |
Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 |
| title_fullStr |
Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 |
| title_full_unstemmed |
Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 |
| title_sort |
особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 |
| author |
Кучук-Яценко, С.И. Чвертко, П.Н. Семенов, Л.А. Самотрясов, С.М. Гущин, К.В. |
| author_facet |
Кучук-Яценко, С.И. Чвертко, П.Н. Семенов, Л.А. Самотрясов, С.М. Гущин, К.В. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Peculiarities of flash-butt welding of high-strength aluminium alloy 2219 |
| description |
Изучены особенности контактной стыковой сварки высокопрочного термически упрочняемого сплава 2219. Показано,
что в сварных соединениях дефекты в виде оксидных плен, расслоений отсутствуют. Определены оптимальные
условия нагрева зоны пластической деформации при осадке. Разупрочнение зоны термического влияния сварных
соединений на 15... 20% практически полностью устраняется послесварочной термической обработкой (закалка с
последующим искусственным старением). Предел прочности сварного соединения находится на уровне 93 ... 95 %
прочности основного материала.
Peculiarities of flash butt welding of high-strength heat-hardening alloy 2219 were investigated. It is shown that the
welded joints have no defects of the type of oxide films and delaminations. Optimal conditions for heating of the plastic
deformation zone in upsetting were determined. A 15...20 % weakening of the heat-affected zone in the welded joints
can be fully eliminated by postweld heat treatment (hardening with subsequent artificial ageing). Tensile strength of the
welded joint is at a level of 93...95 % of that of the base metal.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101643 |
| citation_txt |
Особенности контактной стыковой сварки высокопрочного алюминиевого сплава 2219 / С.И. Кучук-Яценко, П.Н. Чвертко, Л.А. Семенов, С.М. Самотрясов, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 9-12. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kučukâcenkosi osobennostikontaktnoistykovoisvarkivysokopročnogoalûminievogosplava2219 AT čvertkopn osobennostikontaktnoistykovoisvarkivysokopročnogoalûminievogosplava2219 AT semenovla osobennostikontaktnoistykovoisvarkivysokopročnogoalûminievogosplava2219 AT samotrâsovsm osobennostikontaktnoistykovoisvarkivysokopročnogoalûminievogosplava2219 AT guŝinkv osobennostikontaktnoistykovoisvarkivysokopročnogoalûminievogosplava2219 AT kučukâcenkosi peculiaritiesofflashbuttweldingofhighstrengthaluminiumalloy2219 AT čvertkopn peculiaritiesofflashbuttweldingofhighstrengthaluminiumalloy2219 AT semenovla peculiaritiesofflashbuttweldingofhighstrengthaluminiumalloy2219 AT samotrâsovsm peculiaritiesofflashbuttweldingofhighstrengthaluminiumalloy2219 AT guŝinkv peculiaritiesofflashbuttweldingofhighstrengthaluminiumalloy2219 |
| first_indexed |
2025-11-25T22:33:14Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:33:14Z |
| _version_ |
1850566467212279808 |
| fulltext |
УДК 621.791:669.71
ОСОБЕННОСТИ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ
ВЫСОКОПРОЧНОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 2219
Академик НАН Украины С. И. КУЧУК-ЯЦЕНКО, П. Н. ЧВЕРТКО, канд. техн. наук, Л. А. СЕМЕНОВ,
С. М. САМОТРЯСОВ, К. В. ГУЩИН, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Изучены особенности контактной стыковой сварки высокопрочного термически упрочняемого сплава 2219. Показано,
что в сварных соединениях дефекты в виде оксидных плен, расслоений отсутствуют. Определены оптимальные
условия нагрева зоны пластической деформации при осадке. Разупрочнение зоны термического влияния сварных
соединений на 15... 20% практически полностью устраняется послесварочной термической обработкой (закалка с
последующим искусственным старением). Предел прочности сварного соединения находится на уровне 93 ... 95 %
прочности основного материала.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная стыковая сварка, высо-
копрочный алюминиевый сплав, нагрев, дефекты соедине-
ний, механические свойства, разупрочнение, термическая
обработка соединений
В аэрокосмической промышленности для произ-
водства деталей и конструкций различного наз-
начения, которые используются в летательных ап-
паратах, широкое применение нашли высоко-
прочные сплавы на основе алюминия. В частнос-
ти, многие силовые элементы конструкций изго-
тавливают из высокопрочного термически упроч-
няемого сплава 2219 системы легирования Al–Cu.
Для их производства применяют различные спо-
собы сварки (дуговую, электронно-лучевую, кон-
тактную, трением и пр.), от которых существен-
ным образом зависят эксплуатационные характе-
ристики сварного соединения [1].
Одним из наиболее экономически и технически
перспективных процессов изготовления прямоли-
нейных и кольцевых заготовок из прессованных
профилей является контактная стыковая сварка неп-
рерывным оплавлением. Этот способ обеспечивает
высокое стабильное качество соединений, объеди-
няет в едином цикле сборочные и сварочные опе-
рации, не требует применения вспомогательных
расходных материалов (электродов, проволок, флю-
сов, защитных газов и т. д.) [2].
В этой связи представляют интерес исследо-
вания по оценке свариваемости высокопрочного
алюминиевого сплава 2219 при контактной сты-
ковой сварке непрерывным оплавлением, степень
разупрочнения соединений и вероятности появ-
ления в них дефектов.
Исследования и разработку технологии кон-
тактной стыковой сварки оплавлением изделий
из сплава 2219 (состав, мас. %: 6,45 Cu, 0,31 Mn,
0,14 Zr) проводили на образцах сечением 20 100
мм в состоянии Т851 (закалка, холодная дефор-
мация и искусственное старение). Учитывали, что
при контактной стыковой сварке непрерывным
оплавлением изделий из сплавов на основе алю-
миния обычно применяют формирование соеди-
нения в процессе осадки (рис. 1). С учетом теп-
лофизических свойств данного сплава и его тол-
щины для достижения оптимального нагрева зоны
пластической деформации при осадке использо-
вали до начала непрерывного оплавления пред-
варительный подогрев сопротивлением.
Высокая чувствительность сплава 2219 к тер-
мическим циклам потребовала проведения ком-
плекса исследований для определения оптималь-
ных параметров нагрева при сварке.
Оптимальные условия формирования сварного
соединения при осадке создаются при условии
равенства пределов текучести и прочности сва-
риваемого материала в зоне деформации. В дан-
ном случае обеспечивается получение сварных со-
единений с минимальным уровнем внутренних
напряжений при отсутствии микротрещин и дру-
гих дефектов.
При контактной стыковой сварке с формиро-
ванием зона интенсивной деформации практичес-
© С. И. Кучук-Яценко, П. Н. Чвертко, Л. А. Семенов, С. М. Самотрясов, К. В. Гущин, 2010
Рис. 1. Схема процесса контактной стыковой сварки непре-
рывным оплавлением: 1 — термоизоляционная вставка; 2 —
формирующие ножи; 3 — сварочный трансформатор; 4 —
токоподвод; 5 — деталь
3/2010 9
ки равна припуску на осадку. Для определения
оптимального нагрева перед осадкой проведены
исследования механических характеристик (пре-
делов прочности σв и текучести σт) сплава 2219
при повышенных температурах (рис. 2).
Из рисунка видно, что оптимальные условия
деформации создаются при температуре около
400 °С. Эти данные позволяют сделать вывод о
том, что для получения качественных сварных со-
единений необходимо обеспечить нагрев прикон-
тактной зоны на участке интенсивной дефор-
мации до температуры выше 400 °С.
С целью определения оптимального термичес-
кого цикла контактной стыковой сварки прове-
дены также исследования влияния температуры
нагрева и времени выдержки при ней на меха-
нические свойства сплава.
Образцы основного металла нагревали в лабо-
раторной сварочной машине сопротивлением до за-
данной температуры и выдерживали определенное
время. После нагрева, выдержки при заданной тем-
пературе и охлаждения на воздухе проводили ис-
пытания образцов на растяжение (рис. 3).
Анализ полученных результатов испытаний
показывает, что механические характеристики об-
разцов в большой степени зависят от температуры
нагрева и времени выдержки материала при этой
температуре. Даже относительно кратковремен-
ная выдержка в течение 20…30 с при температуре
от 400 до 450 °С приводит к снижению проч-
ностных показателей на 15…25 %.
Такая высокая чувствительность сплава к наг-
реву требует применения максимально жестких
режимов сварки, отличающихся минимальным
временем нагрева. Такие режимы обеспечивают
получение качественных сварных соединений
(практически без разупрочнения) только для ма-
лых толщин (до 12 мм). При сварке больших тол-
щин на этих режимах не обеспечивается необ-
ходимый нагрев, что приводит не только к воз-
никновению дефектов в сварном соединении и
металле ЗТВ (в частности, не достигается требу-
емая деформация при осадке, повышается веро-
ятность образования оксидных плен), но и к сни-
жению прочностных показателей на 20…30 %. Во
избежание возникновения упомянутых дефектов
при сварке требуется увеличение времени нагре-
ва, что приводит к более высокому разупрочне-
нию металла шва и ЗТВ.
В таких случаях для повышения прочности
сварного соединения необходимо применение
послесварочной термической обработки.
Сварку выполняли на лабораторной контакт-
ной стыковой машине с переоборудованным вто-
ричным контуром мощностью 75 кВ⋅А на следу-
ющих режимах: напряжение оплавления U2опл =
= 6,5…8,0 В; начальная скорость оплавления
2 мм/с; конечная — 16,0 мм/с; время сварки tсв —
до 60 с, из них оплавления tопл — до 15,0 с. Общий
Рис. 2. Механические свойства сплава 2219 при повышенных
температурах: 1 — σв; 2 — σт
Рис. 3. Зависимость предела прочности от температуры наг-
рева и выдержки при ней: 1 — 250; 2 — 300; 3 — 350; 4 —
400; 5 — 450 °С
Рис. 4. Циклограмма процесса сварки оплавлением с предва-
рительным подогревом (I2п, I2опл, I2ос — ток сварочной цепи
подогрева, оплавления и осадки; U2п, U2опл — напряжение
сварочной цепи подогрева и оплавления; lсв, lп, lопл, lос —
припуски на сварку, подогрев, оплавление и осадку; tсв, tп,
tопл, tос — время сварки, подогрева, оплавления и осадки)
10 3/2010
припуск на сварку lсв = 60 мм. Циклограмма про-
цесса приведена на рис. 4.
После сварки часть образцов была термически
обработана по режиму: закалка (нагрев до 535 °С,
выдержка при данной температуре 2 ч, охлажде-
ние в воду) с последующим искусственным ста-
рением (нагрев до 180 °С, выдержка при данной
температуре 24 ч).
На изломах сварных образцов с надрезом по
линии соединения дефекты отсутствуют (рис. 5).
Механические испытания на растяжение ос-
новного металла, сварных соединений до и после
термообработки проведены на плоских об-
разцах. Результаты испытаний приведены в
таблице.
При контактной стыковой сварке сплава
2219 существенного перераспределения ос-
новных легирующих элементов по линии со-
единения и в металле ЗТВ не наблюдается.
В большинстве сварных соединений содер-
жание легирующих элементов практически
такое же, как и в основном металле (рис. 6).
Как показали замеры твердости по шкале
Роквелла, протяженность ЗТВ составляет
20…25 мм. После сварки в зоне соединения
наблюдается довольно значительное сниже-
ние твердости (рис. 7, кривая 1), что кос-
венно свидетельствует о разупрочнении этой
зоны. Проведенное искусственное старение
позволило повысить твердость шва и метал-
ла ЗТВ, но при этом симметрично относи-
тельно линии соединения сохраняются учас-
тки отжига (рис. 7, кривая 2). Проведение
послесварочной термической обработки по
приведенным выше режимам позволяет по-
лучить распределение твердости в металле
ЗТВ, близкое к ее распределению в основном
металле (рис. 7, кривая 3).
Проведенные металлографические иссле-
дования показали, что в сварном соединении
полностью отсутствуют такие дефекты, как
оксидные плены, расслоения и пр. (рис. 8,
а). Микроструктура основного металла со-
Рис. 5. Внешний вид изломов сварных образцов с надрезом
по линии соединения
Результаты механических испытаний на растяжение основного
металла, сварных соединений до и после термообработки
Образец
Механические свойства
σ0,2, МПа σв, МПа δ, % ψ, %
Основной металл 339 430,5 11,2 21
Сварное соединение 200…214
208
347,4…350,8
350
4,7…5,8
5,2
13...17
14
Сварное соединение
после термообработки
266…297
278
380…422
402
4,7…8,4
6,4
5,2…15,6
8,6
Рис. 6. Распределение легирующих элементов в сварном сое-
динении (ЗТВ основного металла – стык – ЗТВ основного
металла)
Рис. 7. Распределение твердости в сварном соединении после
сварки (1), старения (2) и термической обработки (3)
Рис. 8. Макроструктура (а) и микроструктура (б) сварного соедине-
ния после термической обработки
3/2010 11
держит ориентированные различной величины зер-
на твердого раствора меди в алюминии. В структуре
сплава также имеются промежуточные фазы, обра-
зовавшиеся в процессе термической обработки
(рис. 8, б).
Направление зерен металла шва и близлежащих
участков ЗТВ постепенно изменяется на 90° по от-
ношению к исходному направлению зерен основ-
ного металла и совпадает с направлением дефор-
мации металла в процессе осадки. Расположение
интерметаллидных фаз также ориентируется в нап-
равлении истечения металла при осадке.
Выводы
1. В сварных соединениях сплава 2219, выпол-
ненных контактной стыковой сваркой, дефекты
в виде оксидных плен, расслоений и т. д. отсут-
ствуют.
2. Минимальная температура зоны деформа-
ции сплава 2219 должна быть около 400 °С. Крат-
ковременный нагрев до этой температуры в те-
чение 20…30 с приводит к снижению прочнос-
тных характеристик на 15…25 %.
3. В металле ЗТВ сварных соединений наб-
людается снижение твердости, сопровождаемое
разупрочнением на 15…20 %.
4. Старение повышает твердость шва и металла
ЗТВ, но при этом сохраняются участки разупроч-
нения.
5. Послесварочная термическая обработка (за-
калка с последующим искусственным старением)
позволяет приблизить распределение твердости к
ее распределению в основном металле и обеспе-
чить прочность на уровне 93…95 %.
1. Промышленные алюминиевые сплавы: Справочник /
Под ред. Ф. И. Квасова, И. Н. Фридляндера. — М.: Ме-
таллургия, 1984. — 528 с.
2. Кучук-Яценко С. И. Контактная стыковая сварка оплав-
лением. — Киев: Наук. думка, 1992. — 236 с.
Peculiarities of flash butt welding of high-strength heat-hardening alloy 2219 were investigated. It is shown that the
welded joints have no defects of the type of oxide films and delaminations. Optimal conditions for heating of the plastic
deformation zone in upsetting were determined. A 15...20 % weakening of the heat-affected zone in the welded joints
can be fully eliminated by postweld heat treatment (hardening with subsequent artificial ageing). Tensile strength of the
welded joint is at a level of 93...95 % of that of the base metal.
Поступила в редакцию 26.10.2009
Левченко О. Г. Охорона праці у зварювальному виробництві: Навчальний посібник.
— К.: Основа, 2010. — 240 с.
Данное пособие — первая попытка обобщения в отечественной сварочной науке вопросов
охраны труда сварщиков. В ней представлены следующие разделы: вредные и опасные факторы
сварочного процесса; гигиена труда в сварочном производстве;
производственная санитария; безопасность сварочного производства;
средства индивидуальной защиты. Приведен перечень стандартов и нор-
мативных документов по охране труда в сварочном производстве, а
также список использованной литературы.
Основное внимание в книге уделено проблемам защиты рабочих
от вредных и опасных последствий сварочного процесса в соответствии
с международными стандартами, которые начинают внедряться в
Украине. Рассмотрены вопросы минимизации воздействия на организм
сварщиков вредных веществ, образующихся в результате сварочного
процесса; защиты от магнитных полей, создаваемых сварочным обо-
рудованием; применения современных средств местной вентиляции и
индивидуальной защиты сварщиков.
Предназначено для инженерно-технических работников сварочного
производства, специалистов по охране труда, безопасности жизнедея-
тельности и экологии, а также аспирантов, студентов, магистров высших учебных заведений
с подготовкой специалистов по сварке и родственным технологиям.
Книгу можно приобрести в издательстве «Основа» по адресу:
01032, г. Киев-32, ул. Жилянская, 87/30; тел./факс: 239-38-95, 239-38-96
12 3/2010
|