Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов
Тонкостенные профили из высокопрочных алюминиевых сплавов нашли применение в продольных силовых наборах летательных аппаратов и прочих ответственных конструкциях. В промышленности применяются серийные профили, термически обработанные на максимальную прочность, что исключает возможность соединения их...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103549 |
| 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: | Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов / П.Н. Чвертко, Л.А. Семенов, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 12 (738). — С. 37-40. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859987432055767040 |
|---|---|
| author | Чвертко, П.Н. Семенов, Л.А Гущин, К.В. |
| author_facet | Чвертко, П.Н. Семенов, Л.А Гущин, К.В. |
| citation_txt | Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов / П.Н. Чвертко, Л.А. Семенов, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 12 (738). — С. 37-40. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Тонкостенные профили из высокопрочных алюминиевых сплавов нашли применение в продольных силовых наборах летательных аппаратов и прочих ответственных конструкциях. В промышленности применяются серийные профили, термически обработанные на максимальную прочность, что исключает возможность соединения их способами сварки плавлением. Актуальна проблема получения сварных соединений данных элементов силового набора в твердой фазе. Целью настоящей работы является изучение формирования соединений тонкостенных профилей разно- (АК6+Д16) и однородных (В95) алюминиевых сплавов в упрочненном состоянии при контактной стыковой сварке непрерывным оплавлением. Исследованы особенности контактной стыковой сварки с формированием соединений при осадке с экструзией и разработана базовая технология, которая применяется для получения соединений деталей из алюминиевых сплавов. Данная технология позволяет значительно повысить качество сварных соединений этой группы сплавов, а также расширить диапазон толщин металла, который соединяется контактной сваркой оплавлением. Приведены основные параметры режима контактной стыковой сварки непрерывным оплавлением. Исследованы структура металла и перераспределение легирующих элементов в зоне сварного шва. Прочностные свойства сварных соединений составляют не менее 90 % прочности основного металла
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:29:46Z |
| format | Article |
| fulltext |
3712/2014
УДК 621.791.76
КОнТАКТнАя СТыКОВАя СВАрКА ОплАВлением
ТОнКОСТенных прОФилей из ТермичеСКи
УпрОчняемых АлюминиеВых СплАВОВ
П. Н. ЧВЕРТКО, Л. А. СЕМЕНОВ , К. В. ГУЩИН
иЭС им. е. О. патона нАнУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Тонкостенные профили из высокопрочных алюминиевых сплавов нашли применение в продольных силовых наборах
летательных аппаратов и прочих ответственных конструкциях. В промышленности применяются серийные профили,
термически обработанные на максимальную прочность, что исключает возможность соединения их способами сварки
плавлением. Актуальна проблема получения сварных соединений данных элементов силового набора в твердой фазе.
Целью настоящей работы является изучение формирования соединений тонкостенных профилей разно- (АК6+Д16)
и однородных (В95) алюминиевых сплавов в упрочненном состоянии при контактной стыковой сварке непрерывным
оплавлением. исследованы особенности контактной стыковой сварки с формированием соединений при осадке с экс-
трузией и разработана базовая технология, которая применяется для получения соединений деталей из алюминиевых
сплавов. Данная технология позволяет значительно повысить качество сварных соединений этой группы сплавов, а
также расширить диапазон толщин металла, который соединяется контактной сваркой оплавлением. приведены основ-
ные параметры режима контактной стыковой сварки непрерывным оплавлением. исследованы структура металла и
перераспределение легирующих элементов в зоне сварного шва. прочностные свойства сварных соединений составляют
не менее 90 % прочности основного металла. библиогр. 6, рис. 8.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная стыковая сварка, непрерывное оплавление, осадка, формирование соединений,
алюминиевые сплавы
Сплавы В95, Д16 и АК6 широко применяют при
производстве ответственных элементов и кон-
струкций в авиа- и ракетостроении. Так, в настоя-
щее время для изготовления продольного силового
набора корпусов авиационной и ракетно-космиче-
ской техники из сплавов В95, АК6+Д16 приме-
няют клепаные соединения, так как эти сплавы
относятся к группам трудносвариваемых. Суще-
ственным недостатком клепаного соединения яв-
ляется увеличение массы конструкции из-за по-
явления вспомогательных элементов при клепке
стыкуемых элементов (рис. 1, а). Клепка являет-
ся трудоемкой операцией, сопряженной с тяже-
лыми условиями труда. необходима тщательная
обработка поверхности отверстия под заклепку
для надежного соединения изделия. В процессе
длительной эксплуатации клепаное соединение
подвержено расшатыванию, что отражается на ре-
сурсе работы изделий.
применение сварки вместо клепки (рис. 1, б) яв-
ляется одним из эффективных способов решения
проблемы повышения прочности, качества соедине-
ний и повышения тактико-технических характери-
стик летательных аппаратов, в частности, снижение
массы конструкции и соответственно повышение
полезного груза летательных аппаратов [1].
Одними из основных узлов силовых элемен-
тов конструкций летательных аппаратов являются
соединения стрингер-фитинг. Стрингеры изготав-
ливают из тонкостенных профилей в большин-
стве случаев таврового сечения из высокопроч-
ных термически упрочненных сплавов Д16, В95
и пр. Фитинги изготавливают фрезерованием из
© п. н. чвертко, л. А. Семенов , К. В. Гущин, 2014
рис. 1. Соединение элементов типа фитинг-стрингер про-
дольного силового набора летательных аппаратов клепкой (а)
и контактной стыковой сваркой (б)
38 12/2014
различных заготовок (например, поковок из спла-
ва АК6 или плит того же сплава, что и стрингер-
ные панели).
В связи с этим проведена оценка свариваемо-
сти тонкостенных профилей развитого сечения из
сплава В95Т1 и пластин из сплавов Д16Т+АК6Т1
между собой.
полуфабрикаты из сплавов Д16 и В95 нашли
широкое применение в промышленности. Эти
сплавы упрочняются термической обработкой и
в результате приобретают высокие механические
свойства и сохраняют достаточную технологиче-
скую пластичность.
Среди высокопрочных сплавов на основе алю-
миния наибольшее применение в ракетно-кос-
мических и авиационных конструкциях получил
сплав В95, который относится к системе Al–Zn–
Mg–Cu (5,0…7,0 % Zn, 1,8…2,8 % Mg, 1,4…2,0 %
Cu). Цинк, магний и медь образуют с алюмини-
ем и между собой твердые растворы и различные
металлические соединения — фазы м (MgZn2),
S(Al2CuMg), T(Al2Mg3Zn3), играющие большую
роль в упрочнении сплава при его термической
обработке.
Д16 — сплав, по крайней мере, шести компо-
нентов: алюминия, меди, магния, марганца, желе-
за и кремния, хотя основными легирующими эле-
ментами являются медь и магний (3,8…4,9 % Cu,
1,2…1,8 % Mg), поэтому его относят к сплавам
системы Al–Cu–Mg.
Сплав АК6 системы легирования Mg–Si–Cu в
основном используется в виде поковок, получае-
мых преимущественно из прессованных прутков.
Основными легирующими элементами являются
магний, кремний и медь (0,6…1,0 % Mg , 0,9…1,0
% Si, 2,0 % Cu). Сплав широко применяется в про-
мышленности (строительстве, транспортном маши-
ностроении, авиации) для изготовления штампован-
ных и кованых деталей сложной формы, а также для
нагруженных деталей типа рам, фитингов и др. ми-
кроструктура сплава АК6 после термической обра-
ботки состоит из зерен твердого раствора алюминия
и включений металлических соединений CuAl2 и
Mg2Si. Сплав АК6 менее чувствительный к нагреву
чем сплавы Д16 и В95 [2, 3].
Термомеханически упрочненные сплавы очень
чувствительны к нагреву. Степень разупрочнения
зависит от температуры нагрева и времени пребы-
вания при ней. при сварке наиболее высокие ме-
ханические свойства можно получить в том слу-
чае, когда длительность нагрева до температур
выше критических не превышает определенных
пределов [4]. Такой температурный цикл слож-
но обеспечить при сварке алюминиевых сплавов
вследствие их большой теплопроводности. необ-
ходимо интенсивное высококонцентрированное
вложение тепла в зону нагрева.
Одним из наиболее перспективных способов
получения качественных сварных соединений с
высокими механическими свойствами является
контактная стыковая сварка (КСС) непрерывным
оплавлением.
Целью настоящей работы является изучение
особенностей формирования соединений тонко-
стенных профилей разно- (Д16+АК6) и однород-
ных (В95) алюминиевых сплавов в упрочненном
состоянии при КСС непрерывным оплавлением с
экструзией.
процесс сварки происходит в автоматическом
режиме, который обеспечивает высокое стабиль-
ное качество соединения. Конструкция свароч-
ного оборудования и технологической оснастки
обеспечивают совмещение сборочно-сварочных
операций в едином цикле и высокую точность ге-
ометрических размеров сварного соединения [5].
Обязательным условием получения качествен-
ных сварных соединений из алюминиевых спла-
вов является формирование соединения с экстру-
дированием металла при осадке в зазор между
формирующими устройствами. при этом степень
деформации увеличивается по мере сближения
ножей [6]. Схема процесса КСС с формированием
соединения приведена на рис. 2. Формирующие
устройства выполняют две важные функции: при
осадке они формируют соединение в условиях
объемно-пластической деформации, а также вы-
полняют функцию ножей для срезки грата. В ре-
зультате образуется сварное соединение, которое
рис. 2. Схема КСС с формированием соединения: 1 — дета-
ли; 2 — формирующие устройства; 3 — токоподвод; 4 — экс-
трудированный металл (lсв — припуск на сварку)
рис. 3. Сварное соединение таврового профиля из алюмини-
евого сплава В95Т1
3912/2014
практически не нуждается в дальнейшей механи-
ческой зачистке от грата (рис. 3).
Сварку сплавов разных систем легирования
(Д16Т и АК6Т1) проводили на пластинах толщи-
ной 2,5...5,0, шириной 25...35 мм.
С целью макетирования сварного соединения
элементов типа фитинг-стрингер исследования
проводили на тавровом профиле из сплава В95Т1
толщиной полок δ = 2,5 и 4,0 мм. Для эксперимен-
тов по сварке профилей разработана сварочная ос-
настка в виде кондукторов.
Сварку образцов проводили на универсаль-
ной лабораторной машине для КСС непрерывным
оплавлением, которая была оснащена пневмоги-
дравлическим приводом осадки с усилием Fос =
= 130 кн и сварочным трансформатором мощно-
стью 150 кВ·А.
различия в физических свойствах сплавов (те-
плопроводность сплава АК6 на 30 % выше чем
сплава Д16 [2, 3]) значительно влияют на их на-
грев во время оплавления, формирование шва, ха-
рактер деформации и структурных превращений в
зоне термического влияния.
Выбор и последующую корректировку режи-
мов сварки проводили экспериментально с уче-
том приведенных выше особенностей сплавов. В
процессе отработки режимов сварки проводили
экспресс-анализ качества сварных сое-
динений — загиб образцов с надрезом
по шву до разрушения. Качество соеди-
нений оценивали по наличию или от-
сутствию дефектов при визуальном ос-
мотре разрушенного образца по шву
(оксидных плен и т. п.). В режимах свар-
ки стремились минимизировать время
сварки для уменьшения разупрочнения
металла при нагреве. по изложенной ме-
тодике были определены оптимальные
режимы, которые обеспечивают отсут-
ствие дефектов по линии соединения.
Основные параметры сварки: вторичное на-
пряжение U2х.х = 4 В, скорость оплавления изме-
няется экспоненциально от 2 до 25 мм/с, скорость
осадки не менее 250 мм/с, время сварки — не бо-
лее 5 с.
распределение температуры в приконтактной
зоне разогретых оплавлением кромок непосред-
ственно перед осадкой приведено на рис. 4.
Для определения перераспределения легирую-
щих элементов между сплавами в шве был выпол-
нен микрорентгеноспектральный анализ сварных
соединений АК6Т1+Д16Т (рис. 5). переходная
зона перераспределения легирующих элементов в
шве составляет приблизительно 300 мкм. за пере-
ходной зоной содержание легирующих элементов
соответствует составу основного металла.
В процессе осадки в результате экструзии ме-
талла между формирующими устройствами обра-
зуется текстура сварного соединения с характер-
ным разворотом волокон основного металла на
90°. на рис. 6 приведены макроструктуры свар-
ных соединений. микроструктура зоны соеди-
нения характеризуется деформированными вы-
рис. 4. распределение температуры в глубину l разогретой
оплавлением приконтактной зоны пластины толщиной 4,0 мм
из сплава Д16Т перед осадкой
рис. 5. распределение элементов в сварном соединении (а) и
зоне термического влияния (б)
рис. 6. макроструктура стыка сварного соединения: а — АК6+Д16;
б — В95
40 12/2014
тянутыми зернами твердого раствора с высокой
плотностью интерметаллидных фаз в виде продол-
говатых цепочек (рис. 7). по мере приближения к
шву интерметаллидные включения измельчаются.
В структуре сварного соединения профиля из спла-
ва В95Т1 образуется сварной шов шириной 6,0 мкм,
который имеет характерную мелкозернистую струк-
туру твердого раствора и измельченных интерметал-
лидных фаз размером 1,0...2,0 мкм.
Согласно результатам проведенных исследова-
ний распределения твердости металла в сварных
соединениях (рис. 8) общее значение зоны тер-
мического влияния составляет 15…20 мм, макси-
мальное разупрочнение сварного шва не превы-
шает 6 %.
результаты механических испытаний основ-
ного металла и сварных образцов из сплавов АК-
6Т1+Д16Т показали прочность сварных соедине-
ний на уровне основного металла менее прочного
сплава АК6Т1 ( ñâ
â
σ = 386 мпа, îñí ÀÊ6
â
σ = 387
мпа, îñí Ä16
â
σ = 455 мпа). Образцы разрушались
по зоне термического влияния со стороны сплава
АК6Т1.
прочность сварных соединений профиля из
сплава В95Т1 находится на уровне выше 90 %
прочности основного металла ( ñâ
â
σ = 521…542
мпа, îñí Â95Ò1
â
σ = 580 мпа).
по полученным результатам исследований
можно сделать положительный вывод о перспек-
тивности применения технологии КСС непре-
рывным оплавлением для соединения элементов
тонкостенных профилей из высокопрочных алю-
миниевых сплавов в ответственных конструкциях.
Данная технология позволяет сваривать элементы
конструкции в термически упрочненном состоя-
нии с потерей прочности не более 10 %.
1. Николаев Г. А., Фридляндер И. Н., Арбузов Ю. П. Свари-
ваемые алюминиевые сплавы. – м.: металлургия, 1990.
– 296 с.
2. Алюминиевые сплавы. применение алюминиевых спла-
вов: Справ. руководство / под ред. А. Т. Туманова, и. н.
Фридляндера. – м.: металургия, 1973. – 408 с.
3. Промышленные алюминиевые сплавы: Справочник / под
ред. Ф. и. Квасова, и. н. Фридляндера. – м.: металур-
гия, 1984. – 528 с.
4. Особенности контактной стыковой сварки высокопроч-
ного алюминиевого сплава 2219 / С. и. Кучук-яценко,
п. н. чвертко, л. А. Семенов и др. // Автомат. сварка. –
2010. – № 3. – С. 9–12.
5. Кучук-Яценко С. И. Контактная стыковая сварка оплавле-
нием. – Киев: наук. думка, 1992. – 236 с.
6. Контактная стыковая сварка изделий из высокопрочных
сплавов на основе алюминия / С. и. Кучук-яценко, п. н.
чвертко, л. А. Семенов и др. // Автомат. сварка. – 2013.
– № 7. – С. 3–7.
поступила в редакцию 19.05.2014
рис. 7. микроструктура шва сварного соединения из сплавов АК6Т1+Д16Т (а) и В95Т1 (б)
рис. 8. распределение твердости в сварном соединении пластин из сплавов АК6Т1+Д16Т (а) и профиля из сплава В95Т1 (б)
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103549 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:29:46Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Чвертко, П.Н. Семенов, Л.А Гущин, К.В. 2016-06-20T13:05:45Z 2016-06-20T13:05:45Z 2014 Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов / П.Н. Чвертко, Л.А. Семенов, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 12 (738). — С. 37-40. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103549 621.791.76 Тонкостенные профили из высокопрочных алюминиевых сплавов нашли применение в продольных силовых наборах летательных аппаратов и прочих ответственных конструкциях. В промышленности применяются серийные профили, термически обработанные на максимальную прочность, что исключает возможность соединения их способами сварки плавлением. Актуальна проблема получения сварных соединений данных элементов силового набора в твердой фазе. Целью настоящей работы является изучение формирования соединений тонкостенных профилей разно- (АК6+Д16) и однородных (В95) алюминиевых сплавов в упрочненном состоянии при контактной стыковой сварке непрерывным оплавлением. Исследованы особенности контактной стыковой сварки с формированием соединений при осадке с экструзией и разработана базовая технология, которая применяется для получения соединений деталей из алюминиевых сплавов. Данная технология позволяет значительно повысить качество сварных соединений этой группы сплавов, а также расширить диапазон толщин металла, который соединяется контактной сваркой оплавлением. Приведены основные параметры режима контактной стыковой сварки непрерывным оплавлением. Исследованы структура металла и перераспределение легирующих элементов в зоне сварного шва. Прочностные свойства сварных соединений составляют не менее 90 % прочности основного металла ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов Flash-butt welding of thin-walled profiles of heat-treated aluminium alloys Article published earlier |
| spellingShingle | Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов Чвертко, П.Н. Семенов, Л.А Гущин, К.В. Производственный раздел |
| title | Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов |
| title_alt | Flash-butt welding of thin-walled profiles of heat-treated aluminium alloys |
| title_full | Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов |
| title_fullStr | Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов |
| title_full_unstemmed | Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов |
| title_short | Контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов |
| title_sort | контактная стыковая сварка оплавлением тонкостенных профилей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103549 |
| work_keys_str_mv | AT čvertkopn kontaktnaâstykovaâsvarkaoplavleniemtonkostennyhprofileiiztermičeskiupročnâemyhalûminievyhsplavov AT semenovla kontaktnaâstykovaâsvarkaoplavleniemtonkostennyhprofileiiztermičeskiupročnâemyhalûminievyhsplavov AT guŝinkv kontaktnaâstykovaâsvarkaoplavleniemtonkostennyhprofileiiztermičeskiupročnâemyhalûminievyhsplavov AT čvertkopn flashbuttweldingofthinwalledprofilesofheattreatedaluminiumalloys AT semenovla flashbuttweldingofthinwalledprofilesofheattreatedaluminiumalloys AT guŝinkv flashbuttweldingofthinwalledprofilesofheattreatedaluminiumalloys |