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...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Автоматическая сварка
Date:2014
Main Authors: Чвертко, П.Н., Семенов, Л.А, Гущин, К.В.
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