Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке

Представлены результаты исследования механических свойств при поперечном растяжении стыковых соединений алюминиевого сплава АМг6 толщиной 1,9мм, полученных гибридной лазерно-дуговой сваркой и сваркой плавящимся электродом в аргоне по традиционной технологии. Рассмотрено влияние на механические свойс...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Автоматическая сварка
Datum:2007
Hauptverfasser: Шонин, В.А., Недей, Т.Н.
Format: Artikel
Sprache:Russisch
Veröffentlicht: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2007
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99232
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:Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке / В.А. Шонин, Т.Н. Недей // Автоматическая сварка. — 2007. — № 2 (646). — С. 48-52. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859615256536416256
author Шонин, В.А.
Недей, Т.Н.
author_facet Шонин, В.А.
Недей, Т.Н.
citation_txt Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке / В.А. Шонин, Т.Н. Недей // Автоматическая сварка. — 2007. — № 2 (646). — С. 48-52. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Автоматическая сварка
description Представлены результаты исследования механических свойств при поперечном растяжении стыковых соединений алюминиевого сплава АМг6 толщиной 1,9мм, полученных гибридной лазерно-дуговой сваркой и сваркой плавящимся электродом в аргоне по традиционной технологии. Рассмотрено влияние на механические свойства соединений таких послесварочных обработок, как снятие выпуклостей шва и высокочастотная механическая проковка поверхностных слоев металла на границах шва. Results of investigation into transverse tension properties of 1.9 mm thick welded joints in aluminium alloy AMg6, made by hybrid laser-arc and MIG welding in argon atmosphere by the traditional technology, are presented. Effect of such postweld treatments as removal of weld reinforcement and high-frequency peening of metal surface layers at the weld boundaries is considered.
first_indexed 2025-11-28T18:31:12Z
format Article
fulltext УДК 621.791.75:621.791.72 ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТОНКОЛИСТОВОГО СПЛАВА АМг6 ПРИ ЛАЗЕРНО-ДУГОВОЙ СВАРКЕ В. А. ШОНИН, канд. техн. наук, Т. Н. НЕДЕЙ, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Представлены результаты исследования механических свойств при поперечном растяжении стыковых соединений алюминиевого сплава АМг6 толщиной 1,9 мм, полученных гибридной лазерно-дуговой сваркой и сваркой плавящимся электродом в аргоне по традиционной технологии. Рассмотрено влияние на механические свойства соединений таких послесварочных обработок, как снятие выпуклостей шва и высокочастотная механическая проковка поверхностных слоев металла на границах шва. К л ю ч е в ы е с л о в а : алюминиевые сплавы, тонкостенные конструкции, гибридная лазерно-дуговая сварка, сварка пла- вящимся электродом, стыковое соединение, механические свойства, растяжение, выпуклость шва, высокочастотная механическая проковка Важным показателем, определяющим эффектив- ность применения гибридных способов сварки алюминиевых сплавов, является высокая произ- водительность этого процесса при значительном уменьшении тепловложения [1] в сравнении с обычными процессами дуговой сварки. Из гиб- ридных способов сварки наиболее перспективным является сочетание лазерного пучка (ЛП) со свар- кой плавящимся электродом в инертных газах (МИГ) [2, 3]. Вместе с тем, данных о прочностных свойствах соединений, полученных лазерно-дуговой сваркой МИГ+ЛП, имеется недостаточно, чтобы рекомен- довать этот процесс для изготовления ответствен- ных алюминиевых тонкостенных конструкций. В большинстве случаев такие конструкции эксплу- атируются в условиях воздействия переменных нагрузок и подвержены накоплению усталостных повреждений в соединениях. Учитывая низкое по сравнению с основным металлом сопротивление ус- талости сварных соединений, полученных дуговы- ми способами сварки, их долговечность повышают путем послесварочных обработок таких, как снятие выпуклостей, локальная проковка поверхностей на границах шва [4, 5]. Поэтому наряду с данными о комплексе механических свойств соединений, выполненных гибридным способом, в состоянии после сварки, важно иметь также данные об их состоянии после обработок, обеспечивающих по- вышение долговечности соединений. Цель настоящей работы — установить влияние способа сварки МИГ+ЛП на механические свойс- тва при растяжении стыковых соединений тон- колистового алюминиевого сплава АМг6 в исход- ном состоянии и после дополнительных обрабо- ток, а также сравнить их со свойствами однотип- ных соединений, полученных сваркой МИГ. Для сварки образцов использовали листы сплава АМг6 толщиной 1,9 мм, сварочную про- волоку СвАМг6 диаметром 1,2 мм (ГОСТ 7871– 75) и защитный газ — аргон (ГОСТ 10157–79). Сварку МИГ выполняли с применением типового оборудования «Fronius TPS-2700» на следующем режиме: сварочный ток Iсв = 90 А; напряжение на дуге Uд = 17,8 В; скорость сварки vсв = 50 м/ч; скорость подачи проволоки vп.пр = 5,9 м/мин. Гибридную сварку МИГ+ЛП осуществляли с использованием промышленного СО2-лазера ЛП- 104 с полезной мощностью 2,5 кВт на режиме сварки МИГ: Iсв = 185 А; Uд = 23,3 В; vсв = 300 м/ч; vп.пр = 11,8 м/мин [6]. Химический состав основного металла и металла шва сварных соединений был ус- тановлен с помощью спектрального анализа (табли- ца). Основной металл отличался следующими © В. А. Шонин, Т. Н. Недей, 2007 Химический состав металла сварного шва (мас. %) Зона вырезки темплета Si Mg Mn Cu Zn Ni Ti Fe Основной металл 0,14...0,15 6,2...6,3 0,62...0,64 0,06...0,07 0,20...0,22 0,03 0,03 0,28 Сварной шов: МИГ 0,14 6,0 0,63 0,05 0,10 0,02 0,03 0,16 МИГ+ЛП 0,15 6,1 0,64 0,05 0,18 0,02 0,03 0,19 48 2/2007 механическими свойствами: σв = 35,7…365,4 МПа; σ0,2 = 191,8…209,2 МПа; σ0,01 = 151,4…157,2 МПа; E = 70,95…71,31 ГПа; δ5 = 18,6…20,4 %. Механические свойства сварных соединений определяли на плоских стандартных образцах в соответствии с ГОСТ 6996–66 и ГОСТ 1497–84. Образцы для испытаний вырезали из крупнога- баритных сварных заготовок. Шов в образцах был расположен перпендикулярно к волокнам проката и действию нагрузки при испытаниях. В соеди- нениях, полученных сваркой МИГ+ЛП, толщина шва составляла (1,4…1,8)aо.м (где aо.м — толщина основного металла), а в полученных сваркой МИГ — (2,1…2,3)aо.м. Длину пропорционального или рабочего участка образца принимали равной 50 мм, а ширину — 20 мм. Исследовали три варианта образцов: 1 — после сварки; 2 — с удаленными выпуклостями; 3 — с прокованными поверхностями на грани- цах шва без удаления выпуклостей. Для каждого варианта подготавливали не менее трех одно- типных образцов. Локальную высокочастотную механическую проковку в образцах, полученных по варианту 3, осуществляли ультразвуковым пьезокерамическим портативным инструментом [5]. Наконечники ин- струмента имели однорядную группу игольчатых бойков диаметром 3 мм. Скорость проковки сос- тавляла 4…5 мм/с. Снятие выпуклостей шва в об- разцах варианта 2 выполняли путем шлифования до уровня поверхности основного металла вдоль оси образца. Испытания на растяжение проводили с исполь- зованием модернизированной машины УМЭ-10тм. Диаграммы деформирования записывали c по- мощью двухкоординатного самописца типа Н307/1. Для определения условных значений пре- дела текучести σ0,2 и предела упругости σ0,01 ис- пользовали тензометр c базой lе = 25 мм. При этом скорость перемещения захватов испытательной машины составляла 0,5 мм/мин, а при дальнейшем испытании до разрушения образца — 5 мм/мин. Относительное удлинение δ5 после разрыва ис- следуемых образцов определяли исходя из началь- ной расчетной длины l0 = 5,65√⎯⎯⎯ba = 35 мм (здесь b, а — соответственно ширина и толщина об- разца). Характер накопления остаточных дефор- маций в различных зонах сварного соединения устанавливали по значениям локального относи- тельного удлинения δ1. Для этого применяли по- перечную разметку с шагом 1 мм вдоль оси об- разца. Нанесение рисок до испытаний и измерение удлинения образца между рисками после испы- таний осуществляли с помощью инструменталь- ного микроскопа БМИ-1. Результаты испытаний на растяжение предс- тавлены средними значениями показателей меха- нических свойств соединений трех образцов (рис. 1 и 2). Значения относительного сужения ψ (рис. 1, в) определяли только для гладких об- разцов со снятыми выпуклостями шва. Типичное распределение локального относительного удли- нения δ1 в соединении после разрушения показано на рис. 3. Данные о механических свойствах соединений, полученных гибридной сваркой МИГ+ЛП, замет- но отличаются от таковых у соединений, сварен- ных МИГ. Образцы стыковых соединений, полу- ченных гибридной сваркой, при всех вариантах изготовления характеризуются в среднем более Рис. 1. Механические свойства при кратковременных испытаниях на растяжение стыковых соединений, полученных сваркой МИГ+ЛП (заштрихованные области) и МИГ (светлые), после сварки (1), проковки (2) и снятия выпуклостей шва (3): а — кратковременная прочность σв; б — относительное удлинение δ5; в — относительное сужение ψ 2/2007 49 высокими значениями предела упругости σ0,01 и текучести σ0,2 по сравнению с таковыми у сое- динений, выполненных сваркой МИГ. При этом значения кратковременной прочности σв и отно- сительного удлинения δ5 ниже, чем значения σв и δ5 соединений, полученных сваркой МИГ (рис. 1, 2). Испытания геометрически однородных соеди- нений (гладкие пропорциональные образцы, изго- товленные по варианту 2) показали, что гибрид- ный способ сварки по сравнению со сваркой МИГ способствует повышению значений σ0,2 на 16 %, σ0,01 на 23 %, модуля упругости E на 5 %, при этом снижаются значения σв на 28 %, δ5 — в 3,1 раза, ψ — в 1,3 раза. В этом случае разрушение происходит в металле шва, которому в значитель- ной мере соответствуют механические характе- ристики соединений, представленные на рис. 1 и 2. Различие в термических условиях указанных вы- ше процессов сварки влияет на неоднородность ме- ханических свойств металла шва, околошовной зо- ны и зоны сплавления, о чем свидетельствует ха- рактер неравномерного распределения локального относительного удлинения δ1. У соединений, полу- ченных сваркой МИГ+ЛП, максимальные остаточ- ные деформации при деформировании до разруше- ния накапливаются в металле шва (рис. 3, в). Ме- талл околошовной зоны, который мало подвержен термическому влиянию, деформируется практичес- ки равномерно. В соединениях, полученных сваркой МИГ, максимальные остаточные деформации на- капливаются как в металле шва, так и околошовной зоне вследствие значительного термического вли- яния этого способа сварки (рис. 3, г). Визуальный осмотр изломов гладких образцов показал, что соединения, полученные сваркой МИГ+ЛП, разрушаются по шву с хрупким отрывом. Поверхность разрушения имеет серый цвет и ше- роховатость, характерную для зернистого излома. В зонах сплавления трещиноподобных образований не обнаружено. Соединения, полученные сваркой МИГ, разрушались по шву. Характер разрушения вязкий, поверхность излома ориентирована под уг- лом 45° к оси нагружения. Изломы имели гладкую блестящую поверхность и надрывы по зоне сплав- ления. Выпуклости создают непропорциональное наг- ружение вдоль оси образца и способствуют уве- личению предельного разрушающего усилия для сварного шва. При этом в соединениях, получен- ных сваркой МИГ+ЛП, ответственной за разру- шение является зона сплавления. Кратковремен- ная прочность такого соединения (вариант 1) на 30 % выше, чем σв соединений со снятыми вы- пуклостями шва (вариант 2). Для соединений, полученных сваркой МИГ+ЛП, характерны ми- нимальная наружная выпуклость без натеков на зону сплавления и наличие неглубоких подрезов. Остаточные деформации в соединениях при раз- рушении распределяются равномерно в около- шовной зоне до внешних границ зоны сплавления, а максимальные значения δ1 имеют место преи- мущественно в зонах сплавления и частично в прилегающих к ней участках шва и основного металла (рис. 3, а). Кратковременная прочность зоны сплавления оказалась несколько (на 2 %) вы- ше, чем у металла шва, выполненного сваркой МИГ (см. рис. 1). При сварке МИГ значительная высота выпук- лостей с натеками на основной металл в зоне Рис. 2. Упругопластические (а) и упругие (б, в) свойства при растяжении соединений, полученных сваркой МИГ+ЛП (заштрихованные области) и МИГ (светлые): 1–3 — см. рис. 1 50 2/2007 сплавления, образовавшимися при формировании шва, стала причиной разрушения соединений вда- ли от шва по зоне термического влияния на рас- стоянии около 10 мм от внешней границы шва (рис. 3, б). Кратковременная прочность соедине- ний (вариант 1) оказалась в среднем на 9 % выше, чем у соединений со снятыми выпуклостями (ва- риант 2). В шве с исходными выпуклостями ос- таточное удлинение не наблюдалось. На изломах образцов имелись отслоения натека металла шва от поверхностей основного металла и надрывы по зоне сплавления под натеком. У соединений с исходными выпуклостями шва (вариант 1), полученных сваркой МИГ+ЛП, зна- чения σ0,01 и σ0,2 выше соответственно на 10 и 2 %, а при сварке МИГ — соответственно на 14 и 5 % по сравнению с аналогичными показателями соединений со снятыми выпуклостями шва. Зна- чения относительного удлинения δ5 в соедине- ниях, полученных сваркой МИГ+ЛП, увеличились в 1,34 раза, а при сварке МИГ — в 1,24 раза. Выпуклость шва в соединениях, полученных свар- кой МИГ+ЛП, мало влияет на значение Е, а в случае сварки МИГ способствует повышению зна- чений E на 8 %. Локальная проковка поверхностного слоя ме- талла на границах шва в соединениях, полученных сваркой МИГ+ЛП (вариант 3), вызвала повыше- ние значений σ0,2 до 6 % и снижение значений σ0,01 на 2 % по сравнению с аналогичными по- казателями соединений в исходном состоянии (ва- риант 1). После проковки соединений, получен- ных сваркой МИГ, значения σ0,2 и σ0,01 повыси- лись соответственно до 8 и на 3 %. При этом у соединений, полученных сваркой МИГ+ЛП, зна- чения модуля упругости Е уменьшились на 3 %, Рис. 3. Распределение локального относительного удлинения на базе 1 мм в образцах соединений, полученных сваркой МИГ+ЛП (а, в, д) и МИГ (б, г, е), при их разрушении после сварки (а, б), снятия выпуклостей шва (в, г) и после проковки (д, е); L — базовая длина образца 2/2007 51 а у полученных сваркой МИГ — до 9 % (см. рис. 2). Очевидно, прокованные слои металла сдерживают начальную стадию пластических де- формаций в сварных соединениях, но приводят к снижению модуля упругости. При этом σв про- кованных соединений в среднем на 13 % ниже, чем исходных соединений, полученных сваркой МИГ+ЛП, и остается практически неизменной у соединений, полученных сваркой МИГ (см. рис. 1). Разрушение соединения после проковки происходило преимущественно по зонам сплав- ления и имело вязкий характер. На изломах раз- рушенных образцов заметны участки отслоения прокованного металла. Причем в зонах проковки снижается уровень накопленного остаточного уд- линения (см. рис. 3, д, е). Таким образом, стыковые соединения тонко- листового алюминиевого сплава АМг6, получен- ные сваркой МИГ+ЛП с использованием элект- родной проволоки СвАМг6, отличаются повы- шенными значениями пределов упругости и те- кучести, что может положительно сказаться на повышении сопротивления усталости этих соеди- нений при многоцикловом нагружении. Кратков- ременная прочность и пластичность металла шва при гибридной сварке не достигают значений, ха- рактерных для соединений, полученных сваркой МИГ. Поэтому снимать выпуклости шва для по- вышения долговечности соединений, полученных сваркой МИГ+ЛП, нецелесообразно. Эффект ло- кальной проковки соединений с неснятыми вы- пуклостями проявляется в повышении предела те- кучести. При этом кратковременная прочность со- единений не повышается. Механические свойства соединений, полу- ченных гибридной сваркой МИГ+ЛП, по-видимо- му, обусловлены металлургическим фактором, а именно влиянием скорости кристаллизации шва на его структурное состояние, при этом влияние механического фактора (поперечная усадка метал- ла шва) ослабевает и образование кристаллиза- ционных трещин при высокоскоростном выпол- нении шва не происходит [7]. Выводы 1. Применение гибридной высокоскоростной сварки МИГ+ЛП тонколистового алюминиевого сплава АМг6 обеспечивает повышение значений пределов упругости на 18 % и кратковременной прочности на 13 % стыковых соединений с вы- пуклостями шва по сравнению с аналогичными показателями соединений, полученных сваркой МИГ. 2. Равные усилия для разрушения шва и при- легающих к нему зон в соединениях, полученных сваркой МИГ+ЛП, обеспечиваются только при на- личии выпуклостей вследствие того, что проч- ность и пластичность металла шва, выполненного с использованием электродной проволоки СвАМг6, не достигают значений кратковременной прочности основного металла. 3. Применение послесварочной высокочастот- ной механической проковки поверхностного слоя на границах металла шва с выпуклостями спо- собствует возрастанию предела текучести свар- ного соединения, при этом значение кратковре- менной прочности не повышается. 1. Штауфер Х., Хакль Х. Лазерно-дуговая сварка в автомо- бильной промышленности // Автомат. сварка. — 2001. — № 12. — С. 29–32. 2. Dilthey U., Luеder F., Wieschemann A. Erweiterte Moеglich- keiten beim Schweiβen von Aluminiumlegierungen durch den Laser-MIG-Hybridprozeβ // Aluminium. — 1999. — 75, № 1/2. — S. 64–75. 3. Shida T., Hirokawa M., Sato S. CO2-laser welding of alumi- num alloys (Welding of aluminum alloys using CO2-laser beam in combination with MIG arc) // Quarterly J. Jap. Weld. Soc. — 1997. — 15, № 1. — P. 18–23. 4. Повышение сопротивления усталости тавровых сварных соединений тонколистового алюминиевого сплава АМг6 / В. А. Шонин, В. С. Машин, О. В. Войтенко, В. В. Ново- жилов // Автомат. сварка. — 2003. — № 7. — С. 9–13. 5. Применение высокочастотной механической проковки для повышения сопротивления усталости стыковых сое- динений алюминиевых сплавов / В. И. Труфяков, В. А. Шонин, В. С. Машин, Д. С. Романовский // Там же. — 2001. — № 7. — С. 7–11. 6. Остаточные напряжения в соединениях тонколистового сплава АМг6, вызванные дуговой и лазерно-дуговой сваркой / В. А. Шонин, В. С. Машин, В. Ю. Хаскин, Т. Н. Недей // Там же. — 2006. — № 9. — С. 26–36. 7. Рабкин Д. М. Металлургия сварки плавлением алюминия и его сплавов. — Киев: Наук. думка, 1986. — 256 с. Results of investigation into transverse tension properties of 1.9 mm thick welded joints in aluminium alloy AMg6, made by hybrid laser-arc and MIG welding in argon atmosphere by the traditional technology, are presented. Effect of such postweld treatments as removal of weld reinforcement and high-frequency peening of metal surface layers at the weld boundaries is considered. Поступила в редакцию 11.09.2005 52 2/2007
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99232
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0005-111X
language Russian
last_indexed 2025-11-28T18:31:12Z
publishDate 2007
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format dspace
spelling Шонин, В.А.
Недей, Т.Н.
2016-04-25T10:12:43Z
2016-04-25T10:12:43Z
2007
Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке / В.А. Шонин, Т.Н. Недей // Автоматическая сварка. — 2007. — № 2 (646). — С. 48-52. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
0005-111X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99232
621.791.75:621.791.72
Представлены результаты исследования механических свойств при поперечном растяжении стыковых соединений алюминиевого сплава АМг6 толщиной 1,9мм, полученных гибридной лазерно-дуговой сваркой и сваркой плавящимся электродом в аргоне по традиционной технологии. Рассмотрено влияние на механические свойства соединений таких послесварочных обработок, как снятие выпуклостей шва и высокочастотная механическая проковка поверхностных слоев металла на границах шва.
Results of investigation into transverse tension properties of 1.9 mm thick welded joints in aluminium alloy AMg6, made by hybrid laser-arc and MIG welding in argon atmosphere by the traditional technology, are presented. Effect of such postweld treatments as removal of weld reinforcement and high-frequency peening of metal surface layers at the weld boundaries is considered.
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Автоматическая сварка
Производственный раздел
Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке
Strength properties of butt joints of thinsheet alloy AMg6 in laser-arc welding
Article
published earlier
spellingShingle Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке
Шонин, В.А.
Недей, Т.Н.
Производственный раздел
title Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке
title_alt Strength properties of butt joints of thinsheet alloy AMg6 in laser-arc welding
title_full Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке
title_fullStr Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке
title_full_unstemmed Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке
title_short Прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава АМг6 при лазерно-дуговой сварке
title_sort прочностные свойства стыковых соединений тонколистового сплава амг6 при лазерно-дуговой сварке
topic Производственный раздел
topic_facet Производственный раздел
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99232
work_keys_str_mv AT šoninva pročnostnyesvoistvastykovyhsoedineniitonkolistovogosplavaamg6prilazernodugovoisvarke
AT nedeitn pročnostnyesvoistvastykovyhsoedineniitonkolistovogosplavaamg6prilazernodugovoisvarke
AT šoninva strengthpropertiesofbuttjointsofthinsheetalloyamg6inlaserarcwelding
AT nedeitn strengthpropertiesofbuttjointsofthinsheetalloyamg6inlaserarcwelding