Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов
Представлены новые конструкторско-технологические решения получения сварных соединений разнородных материалов алюминиевый сплав — нержавеющая сталь с применением электронно-лучевой сварки. Приведены варианты тепловых сварных соединений большой толщины, оптимальные режимы их сварки и примеры применен...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102779 |
| 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: | Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов / А.А. Бондарев, В.М. Нестеренков, Ю.А. Архангельский // Автоматическая сварка. — 2011. — № 7 (698). — С. 40-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859795811426107392 |
|---|---|
| author | Бондарев, А.А. Нестеренков, В.М. Архангельский, Ю.А. |
| author_facet | Бондарев, А.А. Нестеренков, В.М. Архангельский, Ю.А. |
| citation_txt | Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов / А.А. Бондарев, В.М. Нестеренков, Ю.А. Архангельский // Автоматическая сварка. — 2011. — № 7 (698). — С. 40-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Представлены новые конструкторско-технологические решения получения сварных соединений разнородных материалов алюминиевый сплав — нержавеющая сталь с применением электронно-лучевой сварки. Приведены варианты тепловых сварных соединений большой толщины, оптимальные режимы их сварки и примеры применения в конструкциях.
New design-technological solutions for production of welded joints between dissimilar aluminium alloy-stainless steel materials by electron beam welding are presented. Variants of heavy-section welded joints, optimal parameters for welding them, and examples of application in structures are given.
|
| first_indexed | 2025-12-02T12:49:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791:669-419
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ
СТАЛЕАЛЮМИНИЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПЕРЕХОДНИКОВ
ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
А. А. БОНДАРЕВ, В. М. НЕСТЕРЕНКОВ, доктора техн. наук, Ю. А. АРХАНГЕЛЬСКИЙ, инж.
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Представлены новые конструкторско-технологические решения получения сварных соединений разнородных
материалов алюминиевый сплав — нержавеющая сталь с применением электронно-лучевой сварки. Приведены
варианты тепловых сварных соединений большой толщины, оптимальные режимы их сварки и примеры применения
в конструкциях.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварные конструкции, электронно-
лучевая сварка, сталеалюминиевые соединения, биметалли-
ческие переходники, броневая защита, макрошлифы сое-
динений
Одним из приоритетных направлений в развитии
современного машиностроения является сниже-
ние массы конструкций и аппаратов при однов-
ременном сохранении на высоком уровне их тех-
нических характеристик и надежности в работе.
Применение различных марок сталей и алюми-
ниевых сплавов позволяет изделию оптимально
реагировать на воздействие существующих в ус-
ловиях эксплуатации нагрузок, температур или аг-
рессивных сред. При реализации современных
конструктивных решений широкое применение
находит сварка алюминия и его сплавов с другими
металлами.
В сварных соединениях из разнородных ме-
таллов алюминий является одним из наиболее
трудносвариваемых. В то же время изготовление
сварных конструкций из алюминия, соединенного
с другими металлами, особенно целесообразно,
так как при этом можно значительно снизить мас-
су изделия.
В настоящее время растущую потребность в
надежных методах соединения разнородных ме-
таллов и сплавов испытывают многие отрасли
промышленности. Разработкой и созданием пе-
реходников алюминий–сталь занимаются многие
организации и специалисты. Результатом много-
летних исследований явилось создание различных
технологий получения, например, листового би-
металла алюминий–сталь, из которого изготовля-
ют переходники в конструкциях различного наз-
начения (рис. 1). Наибольший объем производства
биметалла приходится на металлургическую про-
мышленность, где его получают посредством про-
ката двух листов. Биметалл получают также
взрывной обработкой, несмотря на специфичес-
кие условия реализации этого процесса, диффу-
зионной сваркой, пайкой, сваркой трением и кон-
тактной сваркой. Однако все эти процессы огра-
ничиваются лишь незначительными объемами по-
лучения переходников алюминий–сталь.
Все большее распространение получает и но-
вый способ сварки высокоскоростным ударом [1].
Иногда переходниками не пользуются, а осущес-
твляют напрямую приварку алюминиевых дета-
лей к стальным. Однако для реализации этого про-
цесса сварки свариваемые кромки стали должны
быть заранее подвергнуты алитированию, т. е. их
покрытию расплавленным алюминием посредс-
твом окунания в жидкий расплав.
В большинстве случаев применение перечислен-
ных способов получения биметалла касается ис-
пользования тонколистовых составляющих, т. е. в
сумме толщина биметалла может достигать 10 мм
и немного больше. Значительно труднее реализо-
вать процесс, если потребуются переходники тол-
щиной, например, алюминия 20 мм и более.
Еще более сложной проблемой получения би-
металлических переходников является наличие на
границе раздела двух металлов интерметал-
лидных хрупких прослоек [2, 3]. Это могут быть
© А. А. Бондарев, В. М. Нестеренков, Ю. А. Архангельский, 2011
Рис. 1. Варианты типовых узлов в сварных конструкциях с
использованием переходников из разнородных материалов
[2]: 1 — стальной элемент конструкции; 2 — алюминиевый
элемент; 3 — биметаллический переходник алюминиевый
сплав — сталь
40 7/2011
фазы FeAl, Fe2Al5, а также постоянно присутс-
твующие на поверхности алюминия и его сплавов
оксиды и субоксиды Al2O3, Al2O, AlO.
Все эти соединения имеют высокую термостой-
кость и не разрушаются даже при нагреве зоны раз-
дела до температуры 1600 °С и выше. Наличие такой
прослойки в соединении алюминий–сталь толщиной
даже 50…100 мкм существенно влияет на охрупчи-
вание соединения, при этом прочность на отрыв сни-
жается с 300…350 до 50…100 МПа [2].
Использование таких биметаллических пере-
ходников в сварных конструкциях [4], когда к
любому из металлов привариваются дуговыми
способами другие элементы конструкции, приво-
дит к высокотемпературному нагреву зоны пе-
рехода, что дополнительно увеличивает интерме-
таллидную прослойку. Кроме того, она становится
менее плотной и вследствие этого теряется не
только прочность, но снижается коррозионная
стойкость как под действием жидкообразной, так
и газовой среды.
Выходом из создавшейся ситуации может
стать применение биметаллических переходни-
ков, полученных сваркой взрывом. При взрывном
процессе получения биметалла в определенном ди-
апазоне параметров скорости метания (2000 м/с и
выше) на границе раздела свариваемых металлов
появляются волнообразные завихрения [5, 6]. При
этом благодаря увеличению ударной вязкости при-
поверхностных слоев металлов происходит дроб-
ление интерметаллидной прослойки на границе раз-
дела и их локализация в отдельных участках за-
вихрений металлов. Биметаллический переходник,
полученный по такой технологии, практически не
подвержен охрупчиванию и потере прочности при
последующем его нагреве в сварном соединении
с другими металлами.
Известен также способ сварки стали с алю-
миниевыми сплавами, когда не требуется приме-
нение биметаллического переходника [7]. Сварку
осуществляют непосредственно оплавлением
кромки алюминиевой заготовки на стальную
кромку стыка, которая перед этим подвергается
нанесению промежуточной пленки элементов мо-
дификаторов. При этом нанесение этих элементов
осуществляется осаждением из паровой фазы в
вакууме. Это могут быть титан, цирконий, никель
и др. Толщина пленки обычно составляет
5…10 мкм, но она имеет непрерывную металли-
ческую связь со сталью, а после оплавления на
этой поверхности кромки алюминия элементы-
модификаторы переходят в твердый раствор жид-
кого расплава алюминия и упрочняют его. Проч-
ность таких соединений стали с алюминиевыми
сплавами находится на уровне 300…350 МПа.
Несмотря на все преимущества этого способа ши-
рокое применение его ограничено из-за сложнос-
ти технологического процесса и больших эконо-
мических затрат.
Поэтому при сварке изделий, когда требуется
применение элементов конструкций с большой
толщиной свариваемых кромок, лучшим вариан-
том можно считать изготовление переходников
с использованием взрывной технологии. Но и в
этом случае, чтобы не произошло даже частич-
ного образования интерметаллидной сплошной
прослойки по границе раздела металлов, лучшей
последующей технологией соединения будет
электронно-лучевая. Такое решение основывается
на том, что при электронно-лучевой сварке по-
гонная энергия на порядок ниже, чем при других
способах сварки плавлением. Следовательно, в
этой ситуации нагрев границы раздела при сварке
будет наименьшим. А возможность сварки элек-
тронным лучом кромок большой толщины и за
один проход предотвращает многократный нагрев
зоны разграничения за счет наложения валиков
дуговыми способами по разделке кромок.
При разработке конструкторско-технологичес-
ких решений для создания переходников с боль-
Рис. 2. Схемы сварных соединений переходников большой толщины
Рис. 3. Варианты типовых соединений при изготовлении пе-
реходников для высоконагруженных сварных конструкций
из разнородных материалов [3]
7/2011 41
шой толщиной кромок учитывали также их пос-
ледующее применение в конкретных конструкци-
ях изделий.
На рис. 2 представлены варианты типовых пе-
реходников в конструкциях с алюминиевым кор-
пусом и стальным обрамлением. Такие переходники
могут быть использованы, например, в самолетост-
роении. В тяжелых транспортных самолетах вдоль
фюзеляжа на полу должны размещаться износостой-
кие направляющие, по которым перемещаются гру-
зы. Кроме износостойкости, эти элементы не должны
увеличивать массу конструкции в целом, поэтому
их целесообразнее изготавливать в биметаллическом
варианте.
Другого рода проблемы возникли при соз-
дании крупногабаритных транспортных средств,
изготавливаемых из алюминиевой брони в ар-
мейских подразделениях. Такие машины облег-
ченного типа имеют широкий спрос, особенно в
случае их использования на болотистых, песча-
ных почвах или в джунглях. На рис. 3 показаны
варианты типовых сварных соединений, выпол-
няемых в различных пространственных положе-
ниях при большой толщине свариваемых элемен-
тов. Естественно, при этом необходимо выпол-
нять сварку многопроходными швами, что соп-
ровождается значительным перегревом границы
раздела при использовании биметаллических пе-
реходников. И еще имеется одна проблема, ко-
торую необходимо решать при создании конс-
трукций такого типа. Сварные соединения высо-
копрочных алюминиевых сплавов, в том числе
и броневых плит, имеют ударную вязкость сое-
динений почти в два раза ниже, чем у основного
металла. В этом случае при локальном нагру-
жении сварного шва, например, при попадании
пули или снаряда сварной шов растрескивается
на очень большую длину от места нагружения.
Поэтому для обеспечения высокой конструктив-
ной прочности таких изделий требуется стальная
броневая защита сварных швов алюминиевой бро-
ни по всей длине [8]. Решение такой задачи воз-
можно при использовании биметаллических пе-
реходников, показанных на рис. 2.
На рис. 4 приведены макрошлифы переход-
ников с большой толщиной алюминиевых эле-
ментов, изготовление которых выполняли с ис-
пользованием электронного луча в вакууме. При-
меняли источник питания с ускоряющим напряже-
нием 60 кВ. Режимы сварки переходников с раз-
личной толщиной алюминиевых кромок приведены
в таблице. На рис. 5 показан макрошлиф соединения
при приварке переходников к стальным элементам
конструкций.
Применение в сварных конструкциях принци-
пиально новых решений использования переход-
ников для соединения разнородных металли-
Рис. 4. Макрошлифы переходников, изготовленных по новой технологии с применением электронно-лучевой сварки
Рис. 5. Макрошлифы и внешний вид узла после приварки
переходника к стальным элементам конструкции
Режимы ЭЛС биметаллических переходников из сплава
Д16
Глубина
проплав-
ления, мм
Ток сварки
Iw, мА
Ток фокуси-
ровки If ,
мА
Скорость
сварки v,
мм/с
Амплитуда
круговой
развертки
А, мм
33 128 618 12 2
41 175 618 12 2
44 185 618 12 2
40 170 618 12 2
42 7/2011
ческих материалов позволит во многих случаях
решить проблемы, имеющие место при проекти-
ровании и изготовлении высоконагруженных из-
делий из легких сплавов.
Выводы
1. Разработаны принципиально новые конструк-
торско-технологические решения при изготов-
лении сталеалюминиевых переходников примени-
тельно к созданию сварных узлов и изделий из
разнородных материалов большой толщины.
2. Приведены варианты типовых узлов и со-
единений заготовок из алюминиевых сплавов к
стальным деталям и узлам при создании сложных
высоконагруженных сварных конструкций.
1. Влияние режимов сварки взрывом на прочностные и
пластические свойства сталеалюминевых соединений /
В. Г. Рябов, Л. Б. Первухин, Г. А. Вольферц, В. В. Цици-
лин // Автомат. сварка. — 1995. — № 12. — С. 32–34.
2. Биметаллические сталеалюминиевые соединения в су-
достроительных корпусных конструкциях / А. С. Оры-
щенко, Е. П. Осокин, В. И. Павлова, С. А. Зыков // Там
же. — 2009. — № 10. — С. 43–47.
3. Патон Б. Е., Гордонный В. Г. Работы Института элект-
росварки им. Е. О. Патона НАН Украины в области тан-
костроения // Там же. — 2002. — № 2. — С. 32–39.
4. Рябов В. Р. Сварка плавлением алюминия со сталью. —
Киев: Наук. думка, 1969. — 232 с.
5. Добрушин Л. Д. Современное состояние и перспективы
развития сварки взрывом и высокоскоростным ударом //
Автомат. сварка. — 2004. — № 9. — 46 с.
6. Фадеенко Ю. И., Добрушин Л. Д., Илларионов С. Ю. Ме-
ханизмы формообразования границ соединения при
сварке взрывом // Там же. — 2005. — № 7. — С. 16–18.
7. Патон Б. Е., Бондарев А. А. Современное состояние и
новые технологии электроннолучевой сварки конструк-
ций // Там же. — 2004. — № 11. — С. 23–32.
8. Васьковский М. И. Концепция системы индивидуальной
защиты бронированных машин от высокоточного ору-
жия // Артиллерийское и стрелковое вооружение. —
2004. — № 4. — С. 38–42.
New design-technological solutions for production of welded joints between dissimilar aluminium alloy-stainless steel
materials by electron beam welding are presented. Variants of heavy-section welded joints, optimal parameters for welding
them, and examples of application in structures are given.
Поступила в редакцию 17.03.2011
В. Я. Кононенко. Подводная сварка и резка. — 2-е изд., доп.
и перераб. — Киев, 2011. — 264 с.
В монографии рассмотрены особенности горения дуги, пере-
нос металла и условия формирования соединения при сварке
под водой. Сформулированы общие принципы создания пок-
рытых электродов и самозащитных порошковых проволок для
выполнения подводной сварки. Даны их механические свой-
ства. Приведены типы сварных соединений, методика подго-
товки и сборки под сварку, возможные дефекты соединений
и электрические параметры дугового процесса. Обобщены
типичные повреждения подводных металлоконструкций и
приведены технологические решения, использовавшиеся при
их успешном восстановлении с помощью подводной сварки
плавящимся электродом. Описано оборудование для реа-
лизации процессов мокрой и сухой подводной сварки пла-
вящимся электродом. Изложены основные способы подводной
резки. Даны их сравнительные характеристики. Приведены
сравнительные данные электродных материалов. Кратко описаны примеры успешной
реализации технологий подводной резки.
Рассчитана на научный и инженерно-технический персонал, занимающийся подводно-
техническими работами, «продвинутых» водолазов-сварщиков, а также студентов вузов
и ПТУ сварочных, металлургических и машиностроительных специальностей, мастеров,
рабочих.
НОВАЯ КНИГА
7/2011 43
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102779 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T12:49:25Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бондарев, А.А. Нестеренков, В.М. Архангельский, Ю.А. 2016-06-12T14:30:56Z 2016-06-12T14:30:56Z 2011 Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов / А.А. Бондарев, В.М. Нестеренков, Ю.А. Архангельский // Автоматическая сварка. — 2011. — № 7 (698). — С. 40-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102779 621.791:669-419. Представлены новые конструкторско-технологические решения получения сварных соединений разнородных материалов алюминиевый сплав — нержавеющая сталь с применением электронно-лучевой сварки. Приведены варианты тепловых сварных соединений большой толщины, оптимальные режимы их сварки и примеры применения в конструкциях. New design-technological solutions for production of welded joints between dissimilar aluminium alloy-stainless steel materials by electron beam welding are presented. Variants of heavy-section welded joints, optimal parameters for welding them, and examples of application in structures are given. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов Steel-aluminium joints in heavy-loaded welded structures Article published earlier |
| spellingShingle | Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов Бондарев, А.А. Нестеренков, В.М. Архангельский, Ю.А. Производственный раздел |
| title | Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов |
| title_alt | Steel-aluminium joints in heavy-loaded welded structures |
| title_full | Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов |
| title_fullStr | Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов |
| title_full_unstemmed | Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов |
| title_short | Электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов |
| title_sort | электронно-лучевая сварка при производстве переходников из разнородных металлов |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102779 |
| work_keys_str_mv | AT bondarevaa élektronnolučevaâsvarkapriproizvodstveperehodnikovizraznorodnyhmetallov AT nesterenkovvm élektronnolučevaâsvarkapriproizvodstveperehodnikovizraznorodnyhmetallov AT arhangelʹskiiûa élektronnolučevaâsvarkapriproizvodstveperehodnikovizraznorodnyhmetallov AT bondarevaa steelaluminiumjointsinheavyloadedweldedstructures AT nesterenkovvm steelaluminiumjointsinheavyloadedweldedstructures AT arhangelʹskiiûa steelaluminiumjointsinheavyloadedweldedstructures |