Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости
Исследовано влияние газотермического покрытия алюминием на механические свойства стыковых соединений сплава АМг6 с продольным швом, выполненным МИГ сваркой, и модуля упругости покрытия на долговечность....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39125 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости / В.А. Шонин, В.С. Машин, А.П. Мурашов, В.И. Зеленин, И.А. Демьянов, М.П. Пашуля, В.М. Теплюк // Автоматическая сварка. — 2009. — № 3(671). — С. 23-26. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-39125 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-391252025-02-09T13:53:46Z Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости Role of protective coating in fatigue resistance of aluminium alloy welded joints Шонин, В.А. Машин, В.С. Мурашов, А.П. Зеленин, В.И. Демьянов, И.А. Пашуля, М.П. Теплюк, В.М. Научно-технический раздел Исследовано влияние газотермического покрытия алюминием на механические свойства стыковых соединений сплава АМг6 с продольным швом, выполненным МИГ сваркой, и модуля упругости покрытия на долговечность. Influence of gas thermal aluminium coating on mechanical properties of butt joints of AMg6 alloy with a longitudinal weld made by MIG welding and of the modulus of elasticity on the coating fatigue life was studied. 2009 Article Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости / В.А. Шонин, В.С. Машин, А.П. Мурашов, В.И. Зеленин, И.А. Демьянов, М.П. Пашуля, В.М. Теплюк // Автоматическая сварка. — 2009. — № 3(671). — С. 23-26. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39125 621.791:669.71 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Шонин, В.А. Машин, В.С. Мурашов, А.П. Зеленин, В.И. Демьянов, И.А. Пашуля, М.П. Теплюк, В.М. Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости Автоматическая сварка |
| description |
Исследовано влияние газотермического покрытия алюминием на механические свойства стыковых соединений сплава АМг6 с продольным швом, выполненным МИГ сваркой, и модуля упругости покрытия на долговечность. |
| format |
Article |
| author |
Шонин, В.А. Машин, В.С. Мурашов, А.П. Зеленин, В.И. Демьянов, И.А. Пашуля, М.П. Теплюк, В.М. |
| author_facet |
Шонин, В.А. Машин, В.С. Мурашов, А.П. Зеленин, В.И. Демьянов, И.А. Пашуля, М.П. Теплюк, В.М. |
| author_sort |
Шонин, В.А. |
| title |
Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости |
| title_short |
Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости |
| title_full |
Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости |
| title_fullStr |
Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости |
| title_full_unstemmed |
Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости |
| title_sort |
роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39125 |
| citation_txt |
Роль защитного покрытия в сварных соединениях алюминиевого сплава на сопротивление усталости / В.А. Шонин, В.С. Машин, А.П. Мурашов, В.И. Зеленин, И.А. Демьянов, М.П. Пашуля, В.М. Теплюк // Автоматическая сварка. — 2009. — № 3(671). — С. 23-26. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT šoninva rolʹzaŝitnogopokrytiâvsvarnyhsoedineniâhalûminievogosplavanasoprotivlenieustalosti AT mašinvs rolʹzaŝitnogopokrytiâvsvarnyhsoedineniâhalûminievogosplavanasoprotivlenieustalosti AT murašovap rolʹzaŝitnogopokrytiâvsvarnyhsoedineniâhalûminievogosplavanasoprotivlenieustalosti AT zeleninvi rolʹzaŝitnogopokrytiâvsvarnyhsoedineniâhalûminievogosplavanasoprotivlenieustalosti AT demʹânovia rolʹzaŝitnogopokrytiâvsvarnyhsoedineniâhalûminievogosplavanasoprotivlenieustalosti AT pašulâmp rolʹzaŝitnogopokrytiâvsvarnyhsoedineniâhalûminievogosplavanasoprotivlenieustalosti AT teplûkvm rolʹzaŝitnogopokrytiâvsvarnyhsoedineniâhalûminievogosplavanasoprotivlenieustalosti AT šoninva roleofprotectivecoatinginfatigueresistanceofaluminiumalloyweldedjoints AT mašinvs roleofprotectivecoatinginfatigueresistanceofaluminiumalloyweldedjoints AT murašovap roleofprotectivecoatinginfatigueresistanceofaluminiumalloyweldedjoints AT zeleninvi roleofprotectivecoatinginfatigueresistanceofaluminiumalloyweldedjoints AT demʹânovia roleofprotectivecoatinginfatigueresistanceofaluminiumalloyweldedjoints AT pašulâmp roleofprotectivecoatinginfatigueresistanceofaluminiumalloyweldedjoints AT teplûkvm roleofprotectivecoatinginfatigueresistanceofaluminiumalloyweldedjoints |
| first_indexed |
2025-11-26T13:53:34Z |
| last_indexed |
2025-11-26T13:53:34Z |
| _version_ |
1849861311660294144 |
| fulltext |
УДК 621.791:669.71
РОЛЬ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА
НА СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ
В. А. ШОНИН, В. С. МАШИН, А. П. МУРАШОВ, В. И. ЗЕЛЕНИН, кандидаты техн. наук,
И. А. ДЕМЬЯНОВ, М. П. ПАШУЛЯ, В. М. ТЕПЛЮК, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Исследовано влияние газотермического покрытия алюминием на механические свойства стыковых соединений
сплава АМг6 с продольным швом, выполненным МИГ сваркой, и модуля упругости покрытия на долговечность.
К л ю ч е в ы е с л о в а : несущие конструкции, сварные сое-
динения, алюминиевые сплавы, защитное покрытие, модуль
упругости, сопротивление усталости
Алюминиевые сплавы в атмосферных условиях
характеризуются высокой общей коррозионной
стойкостью, однако с повышением их прочности
они склонны к точечной коррозии [1–3]. Для не-
сущих металлоконструкций из деформируемых
алюминиевых сплавов средней и высокой проч-
ности основную опасность в накоплении лока-
лизованного усталостного повреждения в повер-
хностных слоях металла, особенно в зонах
концентраторов напряжений и сварных соедине-
ниях, представляют окружающая среда и пере-
менность нагрузок при эксплуатации [4–7]. Соп-
ротивление усталости конструктивного элемента
имеет максимальные значения в вакууме при ми-
нимальной шероховатости поверхности [8], что
в реальных конструкциях недостижимо. Для за-
щиты поверхности листового проката из высо-
копрочных алюминиевых сплавов от атмосфер-
ного воздействия применяют плакирование слоем
алюминия или его сплава с цинком толщиной
2…4 % толщины основного металла (ОМ) [9].
Сплошной защитный слой отличается меньшим
чем ОМ сопротивлением усталости и способствует
некоторому снижению долговечности плакирован-
ного металла. К тому же, при сварке плавлением
образуется незащищенная поверхность шва и на-
рушается защитное покрытие в околошовной зоне,
что представляет одну из проблем эффективного
применения сварки, особенно для высокопрочных
плакированных сплавов. Защита сварного соедине-
ния от атмосферного воздействия является важной
задачей, при этом покрытие не должно являться
причиной или источником зарождения усталостно-
го разрушения соединения.
Для условий совместного деформирования
покрытия и основы решение данной задачи воз-
можно, когда значение предельной упругой де-
формации металла защитного слоя выше, чем ме-
талла сварного соединения. Это условие можно
выразить неравенством:
σ0,01
p
Ep <
σ0,01
c
Ec или
σR
σ
, N
p
Ep <
σR
σ
, N
c
Ec , (1)
где σ0,01 — условный предел упругости; σR
σ
, N
p —
предел усталости для данного значения коэффи-
циента асимметрии цикла Rσ и базовой долго-
вечности N; E — модуль упругости, а индексы
p, c — соответственно для основы и покрытия.
Одним из путей повышения деформационной
способности металлического покрытия является
снижение модуля упругости защитного слоя, что
достигается при увеличении его дискретности при
различных способах напыления металла [10–12].
Целью работы является обоснование перспек-
тивности применения защитных покрытий, нано-
симых напылением коррозионностойким матери-
алом на сварные соединения алюминиевых спла-
вов, эксплуатируемых в условиях циклической
нагрузки. В этой связи в работе исследовано вли-
яние защитного газотермического покрытия на
механические свойства сварного соединения.
Исследовали сопротивление усталости сварно-
го соединения сплава АМг6 толщиной 2 мм с про-
дольным швом в исходном состоянии после свар-
ки и после применения металлизации алюминием.
Стыковое соединение выполняли сваркой плавя-
щимся электродом СвАМг6 диаметром 1,2 мм в
аргоне (MIG Pulse) на режиме: Iсв = 90…95 А;
Uд = 17,7…18,0 В; vсв = 50 м/ч; vп.п = 335 м/мин.
Базовое значение тока Iб (А) и частоты прохож-
дения импульсов Fимп (Гц) определяли, как: Iб =
= Iсв/(1,5…2,0); Fимп = КIб, где К = 0,9…1,1. Пок-
рытие сварного соединения толщиной 0,17…0,26
мм выполняли проволокой диаметром 2 мм из
© В. А. Шонин, В. С. Машин, А. П. Мурашов, В. И. Зеленин, И. А. Демьянов, М. П. Пашуля, В. М. Теплюк, 2009
3/2009 23
алюминия А5 с помощью электродугового метал-
лизатора ЭМ-14М при давлении сжатого воздуха
6 ати на режимах: Iд = 200…250 А; Uд = 36 В;
дистанция напыления 120 мм; потребляемая мощ-
ность процесса 7,2…8,25 кВт. Поверхность под
напыление подготавливали с двух сторон соеди-
нения струйно-абразивной обработкой электроко-
рундовой крошкой марки 14А зернистостью 80Н
(с размером зерна 0,8…1,2 мм по ГОСТ 3647–89,
стандарт FePa фракция F16–F22). При этом
применяли сжатый воздух под давлением 6 ати;
расстояние до поверхности составляло 60…70 мм;
угол направления струи к обрабатываемой повер-
хности — 75…90°. Получена шероховатость Rz =
= 15…20 мкм.
Значение модуля упругости определяли кос-
венным методом по результатам испытаний на
растяжение образцов ОМ с двухсторонним пок-
рытием и без покрытия. Уточненные значения мо-
дуля упругости и механические свойства покрытия
определяли прямыми испытаниями на растяжение
образцов покрытия, которые изготавливали из кор-
кового напыления алюминием. Образцы напылен-
ного металла размером 120 10 3 мм вырезали из
заготовок, полученных корковым напылением на
медную подложку. Плотность напыленного ме-
талла корковых образцов (2,22 г/см3) определяли
измерением массы и объема. Для испытаний на
растяжение использовали испытательную машину
УМЕ-10тм, деформометр базой 25 мм и двухко-
ординатный самописец Н207/1.
При определении модуля упругости напылен-
ного слоя алюминия в образцах с покрытием при-
нимали, что остаточные напряжения в покрытии
и основе минимальны, а деформации покрытия
и основы совместны, т. е.
ε = σ
p
Ep = σ
pc
Epc = σ
c
Ec, (2)
где σ — напряжения в конструктивном элементе
для фиксированного значения относительной де-
формации образца ε = 0,002; индекс pc — для
основы с покрытием.
Напряжения σpc и σp определяли из диаграмм
деформирования образцов с покрытием и без пок-
рытия, а значение напряжения в покрытии σc вы-
числяли из нагрузки Pc, которая развивается в
покрытии для конкретного его сечения Fc в об-
разце. При фиксированной ширине конструктив-
ных элементов напряжение в покрытии опреде-
лятся как
σc = P
c
Fc = P
pc – Pp
Fc , (3)
где Ppc и Pp — экспериментально устанавливае-
мые нагрузки при испытаниях образцов с пок-
рытием и без покрытия для фиксированной де-
формации и ширины конструктивных элементов:
Ppc = σpcFpc и Pp = σpFp.
Диаграммы деформирования при растяжении
до условного предела текучести образцов ОМ с
покрытием и без него представлены на рис. 1
вместе с расчетной диаграммой упругого дефор-
мирования покрытия, а значения модулей упру-
гости приведены в табл. 1. Характер циклического
деформирования образцов напыленного металла
и вид излома показаны соответственно на рис. 2
и 3, механические свойства приведены в табл. 2.
Результаты определения модуля упругости
покрытия на образцах ОМ с покрытием, полу-
ченные по принятой методике, удовлетворительно
согласуются со значениями модуля упругости,
полученными прямыми экспериментальными ис-
пытаниями на образцах напыленного металла.
Учитывая, что модуль упругости покрытия мень-
ше почти в три раза модуля упругости основы,
и при достаточных значениях предела текучести
и пластичности напыленного металла можно ожи-
дать, что покрытие при совместном деформиро-
вании с основой не будет вызывать преждевре-
Рис. 1. Экспериментальные диаграммы деформирования при
растяжении до условного предела текучести образцов ОМ
(1), ОМ с покрытием (2) и расчетная диаграмма упругого
деформирования покрытия (3)
Т а б л и ц а 1. Экспериментальные значения модуля уп-
ругости и упругих напряжений для относительной де-
формации ε = 0,002 образцов ОМ в исходном состоянии
и с покрытием
Конструктивный элемент
Толщина
элемента t,
мм
Напряже-
ние σ0,002,
МПа
Модуль уп-
ругости E,
ГПа
ОМ 1,73 147,3 73,7
ОМ с алюминиевым
покрытием
2,03 133,9 66,96
Алюминиевое покрытие 0,3 56,6* 28,3*
* Расчетные данные.
24 3/2009
менное усталостное повреждение сварного сое-
динения.
Испытания на усталость стыковых соединений
с продольным швом проводили при отнулевой
асимметрии циклического растяжения на машине
УЕ-10. Частота нагрузок составляла 4…5 Гц. При-
менены отдельно сваренные плоские образцы кор-
сетного типа общим размером 250 60 2 мм с
шириной в рабочей зоне 30 мм и радиусом зак-
ругления 140 мм. Ширина шва составляла
7…8 мм. Для испытаний было подготовлено три
группы сварных образцов: в исходном состоянии
после сварки; после подготовительной операции
струйно-абразивной очистки электрокорундовой
крошкой; с покрытием алюминием лицевой и кор-
невой поверхности соединения.
Результаты испытаний представлены номи-
нальными напряжениями, которые рассчитывали,
исходя из общей площади поперечного сечения
ОМ и металла шва без учета покрытия алюминием
в рабочей зоне образца и долговечностью до пол-
ного разрушения сварного соединения (рис. 4).
Они свидетельствует о том, что покрытие не вли-
яет на долговечность сварного соединения. Дан-
ные сопротивления усталости образцов сварного
соединения с покрытием находятся в пределах
полосы разброса данных, полученных для соеди-
нений в исходном состоянии. К ним близки также
результаты испытаний образцов после струйно-
абразивной очистки поверхностей соединения.
В исходных образцах и с покрытием усталос-
тные трещины зарождались в металле шва, ос-
новной причиной которых являлись дефекты, в
основном одиночные мелкие поры, располо-
женные в верхней или нижней выпуклостях шва.
Слой покрытия из алюминия не являлся источ-
ником зарождения трещин и не отслаивался в про-
цессе распространения усталостной трещины и
при доломе образца с трещиной. Остаточные нап-
ряжения, которые образуются вследствие струй-
но-абразивной обработки и последующего напы-
ления алюминием, не причастны к усталостному
повреждению сварного соединения. Очевидно, их
уровни в поверхностных слоях недостаточно вы-
соки, поскольку наличие остаточных напряжений
могло бы заметно повлиять на изменение модуля
упругости основы, что подтверждает сопоставле-
ние механических свойств образцов ОМ в исход-
ном состоянии и с покрытием (табл. 2). При этом
напыленный слой металла как конструктивный
Рис. 3. Внешний вид поверхности излома образца коркового
алюминиевого напыления ( 10)
Рис. 2. Диаграмма деформирования при циклическом растя-
жении до разрушения образца коркового алюминиевого на-
пыления
Т а б л и ц а 2. Экспериментально определенные механические свойства образцов ОМ сплава АМг6 в исходном
состоянии и с алюминиевым покрытием, а также образцов коркового алюминиевого покрытия
Тип образца Сечение образ-
ца, мм2 σв, МПа σ0,2, МПа σ0,001, МПа δ5, %
ОМ без покрытия 10 1,7 368,3 211,1 161,4 18,6
ОМ с покрытием (без учета толщины покрытия) 10 1,7 364,8 210,8 166,5 18,5
ОМ с покрытием 10 2 309,1 180,5 138,9 18,5
Корковое напыление 10 3 44,2 42,0 24,4 0,3
Рис. 4. Сопротивление усталости при отнулевой осевой цик-
лической нагрузке стыковых соединений сплава АМг6 с про-
дольным швом, выполненным плавящимся электродом (MIG
Pulse): 1 — исходное состояние; 2 — после абразивной очис-
тки; 3 — с покрытием защитным слоем алюминия, выполнен-
ным электродуговым напылением
3/2009 25
элемент воспринимает на себя незначительную
часть нагрузки.
Таким образом, для обеспечения работоспо-
собности защитного покрытия от преждевремен-
ного усталостного повреждения в течение дли-
тельной эксплуатации конструктивного элемента
со сварным соединением важным показателем яв-
ляется низкое значение модуля упругости пок-
рытия по сравнению с основой. При этом надеж-
ность покрытия в условиях совместного дефор-
мирования с основой обеспечивается также дос-
таточной пластичностью напыленного металла,
которая способствуют компенсации более высо-
ких упругих деформаций основы.
В заключение следует отметить, что меры по
защите от коррозии не могут стать причиной сни-
жения сопротивления усталости основы, если мо-
дуль упругости наносимого напылением защит-
ного покрытия ниже, чем у основы.
Значение модуля упругости покрытия следует
определять путем расчета из диаграмм напряже-
ние–деформация, полученных при сравнительных
испытаниях на растяжение образцов ОМ с пок-
рытием и без него. Показано, что эти данные сог-
ласуются с прямым измерением модуля упругости
на образцах коркового напыления защитным
сплавом.
Установлено, что применение электродуговой
металлизации коррозионностойким алюминием
А5 для сварных соединений сплава АМг6 с про-
дольным швом, выполненным сваркой неплавя-
щимся электродом (MIG Pulse), не снижает
сопротивления усталости основы в условиях осе-
вой переменной нагрузки с отнулевым циклом.
Технологию газотермического напыления алюми-
нием можно рекомендовать в качестве защитного
покрытия для сварных соединений высокопроч-
ных алюминиевых сплавов при условии, если пок-
рытие характеризуется большей, чем основа
деформационной способностью.
1. Аболихина Е. В., Моляр А. Г. Коррозия алюминиевых
конструкций из алюминиевых сплавов // Физ.-хим. мех.
материалов. — 2003. — № 6. — С. 106–110.
2. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые,
спеченные и литейные алюминиевые сплавы: Справоч-
ное руководство / Под ред. Ф. И. Квасова, И. Н. Фрид-
ляндера. — М.: Металлургия, 1972. — 552 с.
3. Aluminium-handbuch. — Berlin: VEB Verl. Technik, 1971.
— 775 S.
4. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых спла-
вов: Справочное руководство / Под ред. А. Т. Туманова.
— М.: Металлургия, 1972. — 408 с.
5. Карлашов А. В., Гнатюк А. Д., Кардаш А. Б. Коррозион-
но-усталостная прочность алюминиевых сплавов // Сб.
тр. I сов.-англ. семинара «Коррозионная усталость ме-
таллов». — Киев: Наук. думка, 1982. — С. 206–229.
6. Кушнаренко В. М. Стойкость сварных соединений спла-
ва АМг6 при коррозии под напряжением: Автореф. дис.
… канд. техн. наук. — М.: МВТУ им. Н. Э. Баумана,
1973. — 14 с.
7. Зверев А. И., Копетман Л. Н. Влияние детонационных
покрытий на сопротивление усталости деталей // Порош.
металлургия. — 1990. — № 5. — С. 37–41.
8. Нейман П. Физическое металловедение: В 3 т. — М.:
Металлургия, 1987. — Т. 3. — С. 392–434.
9. Алюминиевые сплавы. Структура и свойства полуфабри-
катов из алюминиевых сплавов. Справочник / Под ред.
В. А. Ливанова. — М.: Металлургия, 1974. — 432 с.
10. Ляшенко Б. А., Куриат Р. И. Покрытия и их использова-
ние в технике // Прочность материалов и конструкций.
— Киев: Академпериодика, 2005. — С. 993–1080.
11. Долгов Н. А. Влияние модуля упругости на работоспо-
собность системы основа–покрытие // Пробл. прочности.
— 2002. — № 2. — С. 66–72.
12. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление / Под ред.
В. С. Степина, Н. Г. Шестеркина; пер. с яп. — М.: Ма-
шиностроение, 1985. — 240 с.
Influence of gas thermal aluminium coating on mechanical properties of butt joints of AMg6 alloy with a longitudinal
weld made by MIG welding and of the modulus of elasticity on the coating fatigue life was studied.
Поступила в редакцию 06.11.2008
26 3/2009
|