Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой

Проведен сравнительный анализ механических соединений высокопрочных алюминиевых сплавов 1420 и 1460, полученных плазменной и аргонодуговой сваркой разнополярным асимметричным током неплавящимся электродом с использованием серийных сварочных проволок СвАМг63 и Св1201. Показано, что прочность и вязко...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Автоматическая сварка
Date:	2006
Main Authors:	Лабур, Т.М., Гринюк, А.А., Покляцкий, А.Г.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2006
Subjects:	Производственный раздел
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102660
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой / Т.М. Лабур, А.А. Гринюк, А.Г. Покляцкий // Автоматическая сварка. — 2006. — № 6 (638). — С. 40-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102660
record_format	dspace
spelling	Лабур, Т.М. Гринюк, А.А. Покляцкий, А.Г. 2016-06-12T10:22:26Z 2016-06-12T10:22:26Z 2006 Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой / Т.М. Лабур, А.А. Гринюк, А.Г. Покляцкий // Автоматическая сварка. — 2006. — № 6 (638). — С. 40-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102660 621.791:669.71 Проведен сравнительный анализ механических соединений высокопрочных алюминиевых сплавов 1420 и 1460, полученных плазменной и аргонодуговой сваркой разнополярным асимметричным током неплавящимся электродом с использованием серийных сварочных проволок СвАМг63 и Св1201. Показано, что прочность и вязкость разрушения швов при внецентренном растяжении образцов существенно зависят от теплофизических условий сварки. Comparative analysis has been performed on mechanical joints in high-strength aluminium alloys 1420 and 1460, produced by plasma and argon-arc welding using consumable electrode and standard welding wires SvAMg63 and Sv1201 at alternating- polarity asymmetric current. It is shown that strength and fracture toughness of the welds in off-centre tension of specimens strongly depend upon the thermal-physical welding parameters. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой Mechanical properties of aluminium-lithium alloy welded joints produced by plasma welding Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой
spellingShingle	Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой Лабур, Т.М. Гринюк, А.А. Покляцкий, А.Г. Производственный раздел
title_short	Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой
title_full	Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой
title_fullStr	Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой
title_full_unstemmed	Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой
title_sort	механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой
author	Лабур, Т.М. Гринюк, А.А. Покляцкий, А.Г.
author_facet	Лабур, Т.М. Гринюк, А.А. Покляцкий, А.Г.
topic	Производственный раздел
topic_facet	Производственный раздел
publishDate	2006
language	Russian
container_title	Автоматическая сварка
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format	Article
title_alt	Mechanical properties of aluminium-lithium alloy welded joints produced by plasma welding
description	Проведен сравнительный анализ механических соединений высокопрочных алюминиевых сплавов 1420 и 1460, полученных плазменной и аргонодуговой сваркой разнополярным асимметричным током неплавящимся электродом с использованием серийных сварочных проволок СвАМг63 и Св1201. Показано, что прочность и вязкость разрушения швов при внецентренном растяжении образцов существенно зависят от теплофизических условий сварки. Comparative analysis has been performed on mechanical joints in high-strength aluminium alloys 1420 and 1460, produced by plasma and argon-arc welding using consumable electrode and standard welding wires SvAMg63 and Sv1201 at alternating- polarity asymmetric current. It is shown that strength and fracture toughness of the welds in off-centre tension of specimens strongly depend upon the thermal-physical welding parameters.
issn	0005-111X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102660
citation_txt	Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой / Т.М. Лабур, А.А. Гринюк, А.Г. Покляцкий // Автоматическая сварка. — 2006. — № 6 (638). — С. 40-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT laburtm mehaničeskiesvoistvasvarnyhsoedineniialûminievolitievyhsplavovpolučennyhplazmennoisvarkoi AT grinûkaa mehaničeskiesvoistvasvarnyhsoedineniialûminievolitievyhsplavovpolučennyhplazmennoisvarkoi AT poklâckiiag mehaničeskiesvoistvasvarnyhsoedineniialûminievolitievyhsplavovpolučennyhplazmennoisvarkoi AT laburtm mechanicalpropertiesofaluminiumlithiumalloyweldedjointsproducedbyplasmawelding AT grinûkaa mechanicalpropertiesofaluminiumlithiumalloyweldedjointsproducedbyplasmawelding AT poklâckiiag mechanicalpropertiesofaluminiumlithiumalloyweldedjointsproducedbyplasmawelding
first_indexed	2025-11-25T22:33:14Z
last_indexed	2025-11-25T22:33:14Z
_version_	1850566477743128576
fulltext	УДК 621.791:669.71 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКОЙ Т. М. ЛАБУР, д-р техн. наук, А. А. ГРИНЮК, инж., А. Г. ПОКЛЯЦКИЙ, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Проведен сравнительный анализ механических соединений высокопрочных алюминиевых сплавов 1420 и 1460, полу- ченных плазменной и аргонодуговой сваркой разнополярным асимметричным током неплавящимся электродом с использованием серийных сварочных проволок СвАМг63 и Св1201. Показано, что прочность и вязкость разрушения швов при внецентренном растяжении образцов существенно зависят от теплофизических условий сварки. К л ю ч е в ы е с л о в а : плазменная сварка, алюминиево-ли- тиевые сплавы, сварные соединения, металл шва, механи- ческие свойства Создание изделий аэрокосмической техники но- вых модификаций с более эффективными такти- ко-техническими и экономическими параметрами выдвигает повышенные требования к свойствам материалов и их сварных соединений. Использо- вание в таких изделиях нового класса алюмини- евых сплавов систем легирования Al–Mg–Li (сплав 1420) и Al–Cu–Li (сплав 1460) позволяет уменьшить массу конструкций на 8…15 % благо- даря высокой удельной прочности и повышенному модулю упругости. Особенностью сплавов явля- ется многокомпонентный состав и наличие вклю- чений упрочняющих фаз, расположенных парал- лельно направлению прокатки. В условиях технологических нагревов, включая и сварочные процессы, сплавы проявляют склонность к охруп- чиванию [1, 2]. Наиболее технологичными и часто используе- мыми способами получения неразъемных соеди- нений алюминиево-литиевых сплавов являются дуговые способы сварки. Широкое использование неплавящегося электрода обеспечивает более вы- сокую плотность металла шва по сравнению со сваркой плавящимся электродом, который отли- чается большей производительностью. Тради- ционные способы сварки переменным синусои- дальным током характеризуются относительно низкой проплавляющей способностью. Использо- вание разнополярного асимметричного тока с пря- моугольной формой волны и низкочастотной мо- дуляции вызывает периодическое углубление сва- рочной ванны, облегчая при этом дегазацию ме- талла и уменьшая количество пор и включений оксидной плены в металле шва. Использование гелия в качестве защитного газа при сварке неплавящимся электродом на постоян- ном токе прямой полярности способствует повы- шению тепловой мощности дуги, что приводит к увеличению глубины проплавления и повыше- нию скорости сварки. Для реализации процесса требуется большая точность подготовки и сборки деталей, а также сложное оборудование для его управления. Кроме того, гелий повышает себес- тоимость технологических операций. Для увеличения скорости сварки, обеспечения качества швов и уменьшения деформаций необ- ходимо использование концентрированных источ- ников нагрева. Одним из них может быть сжатая дуга, которая «обжимается» потоком газа, про- дуваемым через специальное сопло. Процесс плаз- менной сварки является дальнейшим развитием способа сварки неплавящимся электродом. Инер- тный газ, подаваемый через сопло небольшого от- верстия, обжимает электрическую дугу, горящую между вольфрамовым электродом и изделием. В сварных соединениях, полученных различ- ными способами дуговой (плавящимся и непла- вящимся электродом) и электронно-лучевой свар- ки, наблюдается образование неоднородной структуры и разупрочнение металла в ЗТВ [3], обусловленное перегревом металла во время тер- мического цикла сварки. Последний приводит к развитию неоднородности в сварном соединении по содержанию легирующих элементов и приме- сей вследствие их сегрегации вдоль границ зерен, образования хрупких межзеренных прослоек из пересыщенных фаз, особенно на границе сплав- ления, где прослойки формируют плотный каркас вокруг зерен. Связанное с этим повышение кон- центрации напряжений облегчает зарождение тре- щины путем растрескивания фаз или нарушения контакта с матрицей, что снижает показатели прочности и вязкости сварных соединений литий- содержащих сплавов и надежность эксплуатации сварных конструкций в целом. В связи с этим целесообразно оценить механические свойства © Т. М. Лабур, А. А. Гринюк, А. Г. Покляцкий, 2006 40 6/2006 сварных соединений алюминиево-литиевых спла- вов, выполненных плазменной сваркой, и сопос- тавить их с результатами, полученными при обыч- ной аргонодуговой сварке неплавящимся элект- родом. Методика экспериментов. Плазменную свар- ку на подкладке с формирующей канавкой спла- вов 1420 и 1460 толщиной 4 и 3 мм выполняли разнополярным асимметричным током с прямо- угольной формой волны. Плазмотрон перемещали сварочной головкой АСТВ-2М со скоростью 36 м/ч. Для увеличения стойкости вольфрамового электрода плазмотрона сварку выполняли с обес- печением большей протяженности протекания то- ка прямой полярности. Длительность прохожде- ния тока обратной полярности выбирали мини- мально допустимой для эффективного катодного разрушения оксидной плены. Соотношение между временем протекания тока при прямой и обратной полярности составило 3:1. Эксперимен- ты вы- полняли с использованием комплекса для плаз- менной сварки на основе оборудования фирмы «Фрониус» (Австрия), в состав которого входят источник питания PT 450-02 WZ, механизм по- дачи присадочной проволоки KD 4000, плазмот- рон PMW 350 и система управления процессом сварки FPA 2003. Источник питания позволяет регулировать сварочный ток в широком диапазоне 10…450 А с частотой изменения полярностей 40...240 Гц. Частота разнополярного тока состав- ляла 100 Гц. Плазмотрон PMW 350 обеспечивал стабильное формирование высокотемпературной плазменной струи. Диаметр плазмообразующего сопла выбирали минимальным (3,2 мм), исходя из условия предотвращения двойного дугообра- зования. Диаметр канала сопла при этом рассчи- тывали по формуле dс ≥ 1 + 0,01Iсв, где dс — ди- аметр сопла, мм, Iсв — сила сварочного тока, А. Аргонодуговую сварку разнополярным асим- метричным током с прямоугольной формой волны тока выполняли с помощью источника питания MW 450 фирмы «Фрониус» (Австрия) и сварочной головки АСТВ-2М, скорость перемещения горел- ки 12…14 м/ч. Режимы плазменной и аргоноду- говой сварки приведены в табл. 1. В качестве присадочного материала использо- вали сварочные проволоки СвАМг63 и Св1201 ди- аметром 1,6 мм. Алюминиевые листы и присадоч- ные проволоки перед сваркой подвергали хими- ческому травлению, а торцы листов дополнитель- ной механической зачистке на глубину не менее 0,1 мм. Было изучено влияние различных способов сварки высокопрочных алюминиево-литиевых сплавов 1420 и 1460 на физико-механические свойства металла швов, включая прочность, твер- дость и показатели вязкости разрушения. Испы- тания проводили при одноосном и внецентренном растяжении [4]. Для испытания в условиях одно- осного растяжения использовали плоские стандар- тные образцы, а при внецентренном — образцы размером 36 57 мм, толщиной 3 мм и острым надрезом глубиной 11 мм с радиусом 0,1 мм в его вершине. Скорость растяжения при испытании об- разцов сварных соединений составляла 2 мм/мин (3,3⋅10–5 м/с). В процессе испытаний на осцил- лографе записывали диаграмму нагрузка – дефор- мация, которая фиксировала важные с практичес- кой точки зрения моменты зарождения и развития трещины в исследуемом образце до полного раз- рушения. Диаграмма позволяет количественно оценить не только интенсивность напряжений в процессе деформации образца при внецентренном растяжении, но и определить протяженность стадии стабильного течения металла и работу, ко- торую он затрачивает на отдельных этапах раз- вития трещины, образующейся при разрушении сварного соединения. Условия испытания при внецентренном растяжении отвечали техническим требованиям ГОСТ 25.506. Экспериментальные результаты получены при испытании пяти образ- цов с использованием универсальной машины РУ- 5 и расчета исходных данных. По результатам испытания в условиях внецен- тренного растяжения определяли значения номи- нального напряжения σр и критического коэффи- циента интенсивности напряжений Kc, а также удельной работы зарождения Jc и распростране- ния (УРРТ) трещины [4, 5]. Значения показателя Jc оценивали путем расчета функции изменения энергии деформации в зависимости от длины тре- щины, используя соотношение Меркли – Кортена [5]. Результаты анализа сравнивали с данными о характере изменения рельефа излома, который по- лучали с помощью растрового электронного мик- роскопа (РЭМ) JSM-840 с системой микроанали- заторов Analitik Link — 860 /500 Obtek (при ус- коряющем напряжении 15, 20, 30 кВ). Такой ком- плексный подход позволил выявить структурные особенности формирования швов при плазменной и аргонодуговой сварке неплавящимся электро- дом. Т а б л и ц а 1. Режимы плазменной и аргонодуговой сварки алю- миниево-литиевых сплавов разнополярным асимметричным то- ком Марка сплава vсв, м/ч Iсв, А Qпл, л/мин vпр, м/ч Аргонодуговая сварка 1460 14 200 — 82 1420 12 200 — 75 Плазменная сварка 1460 36 180 0,1 123 1420 36 200 0,2 142 6/2006 41 Результаты и их обсуждение. Высокая удель- ная мощность плазменного потока и уровень тем- пературы на участке металла, где действует ак- тивное пятно нагрева, способствуют увеличению проплавляющей способности сжатой дуги и ве- личины ее заглубления в расплав сварочной ван- ны, что позволяет повысить скорость процесса по сравнению с обычной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом в 2…3 раза при одинаковых значениях тока (рис. 1). Меньший тепловой вклад в основной металл приводит к некото- рому сокращению протяженности ЗТВ и уменьшению степени разупрочнения сварного соединения (рис. 2). Однако в условиях одноосного растяжения прочность сварных соединений и ме- талла швов, полученных как аргоноду- говой, так и плазменной сваркой, на- ходятся практически на одном уровне (табл. 2). При внецентренном растяжении сварных соединений показатели проч- ности и вязкости разрушения швов су- щественно зависят от способа сварки (табл. 3). Различные тепловые условия нагрева и скорости охлаждения металла, сопровождающие процесс формирования сварных соединений, приводят к изме- нению показателей прочности, пластич- ности и вязкости разрушения швов. Раз- рушающее напряжение σр в металле швов, полученных при аргонодуговой сварке сплава 1420, составляет 289…320 МПа, а сплава 1460 — 278…306 МПа (табл. 3). Значения Kc для швов сплава 1420 равны 23…25, а для сплава 1460 — 25…27 МПа√м. Меньшие по сравнению со спла- вом 1420 значения σр обусловлены, возможно, способностью меди, входящей в его состав, сни- жать стабильность состава пересыщенных твер- дых растворов и вызывать более интенсивный их распад при технологических нагревах, включая сварочные [6, 7]. Швы сплава 1460 при этом ха- рактеризуются более высокими значениями энергии зарождения трещины: Jc — 5,8…7,2 и УРРТ — 5,3…6,1 Дж/см2. Использование концентрированного источни- ка тепла при плазменной сварке обеспечивает более высокие значения показателя σр. Его зна- чение у швов сплава 1420 возрастает до 379…428, Рис. 1. Поперечные макрошлифы соединений сплава 1460 толщиной 3 мм, выполненных плазменной (а) и аргонодуговой (б) сваркой неплавящимся электродом с присадкой проволоки Св1201: а — vсв = = 36; б — 14 м/ч Рис. 2. Твердость сварных соединений сплава 1460 (δ = 3 мм), полу- ченных аргонодуговой (1) и плазменной (2) сваркой с использовани- ем присадки Св1201 на подкладке с формирующей канавкой Т а б л и ц а 2. Механические свойства сварных соединений алюминиево-лити- евых сплавов при одноосном растяжении, полученных при различных способах сварки Марка спла- ва (толщина образца, мм) Способ сварки Марка при- садки σв св, МПа σв м.ш, МПа 1420 (δ = 4) Аргонодуговая СвАМг63 328 322 Плазменная 330 316 1460 (δ = 3) Аргонодуговая Св1201 308 252 Плазменная 302 261 Т а б л и ц а 3. Показатели прочности, вязкости разрушения и ударной вязкости сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов 1420 и 1460 при внецент- ренном растяжении Марка сплава Марка присадки σр, МПа Kc, МПа√м Jc УРРТ KCV Дж/см2 Аргонодуговая сварка 1420 СвАМг63 289...320 304 23...25 24 3,5...5,8 4,4 4,5...5,7 4,9 3,5...5,3 4,9 1460 Св1201 278...306 293 25...27 26 5,8...7,2 6,5 5,3...6,1 5,7 6,7...7,1 7,2 Плазменная сварка 1420 СвАМг63 379...428 401 25...35 30 6,3...10,2 7,4 5,3...7,5 6,4 4,4...7,9 5,9 1460 Св1201 383...420 403 31...36 35 8,4...9,3 8,8 7,0...8,1 7,5 8,6...10,4 9,5 42 6/2006 а у швов сплава 1460 — до 383…420 МПа. По- казатель Kc для швов из сплава 1420 повышается до 25…35, 1460 — до 31…36 МПа√м. При этом швы сплава 1420 характеризуются значениями Jc = 7,4 Дж/см2, что почти в 2 раза выше, чем при аргонодуговой сварке. Значения УРРТ и KCV также повышаются не меньше чем на 30…50 % при использовании плазменной сварки (рис. 3), чему способствует образование мелкокристалли- ческой структуры швов. Толщина слоя кристаллов и межзеренных промежутков в 1,5 раза меньше в швах, полученных плазменной сваркой. Более высокие мощность источника нагрева и скорость перемещения плазмотрона изменяют характер кристаллизации металла шва и способствуют по- лучению его субдендритной структуры. Таким образом, более качественные характе- ристики вязкости разрушения сварных соедине- ний алюминиево-литиевых сплавов 1420 и 1460 обеспечиваются при использовании способов сварки, характеризующихся минимальной погон- ной энергий. Последняя способствует формиро- ванию металла шва более высокого качества с ограниченной степенью разупрочнения металла в ЗТВ и пониженной склонностью алюминиево-ли- тиевых сплавов к охрупчиванию. Более высокое сопротивление разрушению металла шва обес- печивает высокий уровень работоспособности и надежности сварных соединений в конструкциях. В заключение можно отметить, что концент- рация энергии и высокая температура активного пятна нагрева плазменной струи способствуют увеличению глубины проплавления швов, что поз- воляет повысить скорость плазменной сварки в 2…3 раза по сравнению с обычной аргонодуговой. Высокие значения удельной мощности сжатой ду- ги и скорость сварки обеспечивают сокращение протяженности ЗТВ дуги и уменьшение степени разупрочнения сварных соединений. Уровень прочности сварных соединений и ме- талла шва, полученных аргонодуговой и плазмен- ной сваркой, в условиях одноосного растяжения идентичны. При испытании на внецентренное рас- тяжение, когда на образец одновременно дейс- твует растяжение и изгиб, номинальное разруша- ющее напряжение увеличивается на 30…35 % только в случае выполнения плазменной сварки. Установлены значения показателей сопротив- ления разрушению (σр, Kc, KCV) сварных соеди- нений алюминиево-литиевых сплавов, получен- ных плазменной сваркой разнополярным асим- метричным током с прямоугольной формой вол- ны. Повышение прочности и вязкости разрушения швов при внецентренном растяжении в сварных соединениях, полученных плазменной сваркой убедительно показывает, что применение этого способа в неразъемных соединениях может обес- печить необходимые работоспособность и надеж- ность конструкций из этих сплавов. 1. Когут Н. С., Лабур Т. М., Іщенко А. Я. Тріщиностійкість високоміцних алюмінієвих сплавів та їх зварних з’єднань // Фіз.-хім. механіка матеріалів. — 1990. — № 3. — С. 122–123. 2. Рязанцев В. И. Сварные конструкции из алюминиевых сплавов с литием // Авиац. пр-сть. — 2005. — № 2. — С. 32–41. 3. Влияние способа сварки на сопротивление разрушению соединений алюминиево-литиевых сплавов 1420 и 1460 / Т. М. Лабур, А. А. Бондарев, А. В. Лозовская и др. // Ав- томат. сварка. — 2001. — № 7. — С. 12–16. 4. Разрушение / Под ред. Г. Либовиц. Т. 6. Разрушение ме- таллов / Пер. с англ. — М.: Мир, 1976. — 496 с. 5. Статическая прочность и механика разрушения сталей / Под. ред. В. Даля, В. Антона; пер. с нем. — М.: Метал- лургия, 1986. — 565 с. 6. Алюминий-литиевые сплавы. Структура и свойства / И. Н. Фридляндер, К. В. Чуистов, А. Л. Березина, Н. Н. Колобнев. — Киев: Наук. думка, 1992. — 192 с. 7. Алюминиевые сплавы, содержащие литий, медь, магний / Л. Л. Рохлин, Т. В. Добаткина, Е. В. Муратова, И. Г. Ко- ролькова // Изв. АН СССР. Металлы. — 1994. — № 1. — С. 113–118. Comparative analysis has been performed on mechanical joints in high-strength aluminium alloys 1420 and 1460, produced by plasma and argon-arc welding using consumable electrode and standard welding wires SvAMg63 and Sv1201 at alter- nating-polarity asymmetric current. It is shown that strength and fracture toughness of the welds in off-centre tension of specimens strongly depend upon the thermal-physical welding parameters. Поступила в редакцию 01.11.2005 Рис. 3. Диаграммы нагрузка – перемещение P-f при испытании в условиях внецентренного растяжения образцов сварных соединений сплавов 1420 (а) и 1460 (б), полученных аргонодуговой (1) и плазмен- ной (2) сваркой 6/2006 43

Механические свойства сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов, полученных плазменной сваркой

Institution

Similar Items