Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6

Исследовано влияние электродинамической обработки (ЭДО) на напряженно-деформированное состояние плоских образцов из сплава АМг6 при различных схемах предварительного нагружения. На основе неразрушающего ультразвукового метода разработана методика и проведены измерения остаточных напряжений в стыковы...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автори:	Лобанов, Л.М., Пащин, Н.А., Логинов, В.П., Смиленко, В.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2007
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99413
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:	Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6 / Л.М. Лобанов, Н.А. Пащин, В.П. Логинов, В.Н. Смиленко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 6 (650). — С. 11-19. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99413
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-994132025-02-23T17:57:40Z Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6 Change in stress-strain state after electrodynamic treatment of welded joints of aluminium alloy AMg6 Лобанов, Л.М. Пащин, Н.А. Логинов, В.П. Смиленко, В.Н. Научно-технический раздел Исследовано влияние электродинамической обработки (ЭДО) на напряженно-деформированное состояние плоских образцов из сплава АМг6 при различных схемах предварительного нагружения. На основе неразрушающего ультразвукового метода разработана методика и проведены измерения остаточных напряжений в стыковых сварных соединениях. Установлено, что ЭДО позволяет снизить остаточные напряжения в сварных соединениях сплава АМг6 на 50-65%. The effect of electrodynamic treatment (EDT) on the stress-strain state of flat specimens of alloy AMg6 at different diagrams of preliminary loading was investigated. The measurement procedure based on the ultrasonic NDT method was developed, and residual stresses in butt welded joints were measured. As established, EDT allows residual stresses in the welded joints on alloy AMg6 to be decreased by 50...65 %. 2007 Article Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6 / Л.М. Лобанов, Н.А. Пащин, В.П. Логинов, В.Н. Смиленко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 6 (650). — С. 11-19. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99413 621.791.09-669.71 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 Лобанов, Л.М. Пащин, Н.А. Логинов, В.П. Смиленко, В.Н. Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6 Автоматическая сварка
description	Исследовано влияние электродинамической обработки (ЭДО) на напряженно-деформированное состояние плоских образцов из сплава АМг6 при различных схемах предварительного нагружения. На основе неразрушающего ультразвукового метода разработана методика и проведены измерения остаточных напряжений в стыковых сварных соединениях. Установлено, что ЭДО позволяет снизить остаточные напряжения в сварных соединениях сплава АМг6 на 50-65%.
format	Article
author	Лобанов, Л.М. Пащин, Н.А. Логинов, В.П. Смиленко, В.Н.
author_facet	Лобанов, Л.М. Пащин, Н.А. Логинов, В.П. Смиленко, В.Н.
author_sort	Лобанов, Л.М.
title	Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6
title_short	Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6
title_full	Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6
title_fullStr	Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6
title_full_unstemmed	Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6
title_sort	изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава амг6
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99413
citation_txt	Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6 / Л.М. Лобанов, Н.А. Пащин, В.П. Логинов, В.Н. Смиленко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 6 (650). — С. 11-19. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT lobanovlm izmenenienaprâžennodeformirovannogosostoâniâposleélektrodinamičeskojobrabotkisvarnyhsoedinenijalûminievogosplavaamg6 AT paŝinna izmenenienaprâžennodeformirovannogosostoâniâposleélektrodinamičeskojobrabotkisvarnyhsoedinenijalûminievogosplavaamg6 AT loginovvp izmenenienaprâžennodeformirovannogosostoâniâposleélektrodinamičeskojobrabotkisvarnyhsoedinenijalûminievogosplavaamg6 AT smilenkovn izmenenienaprâžennodeformirovannogosostoâniâposleélektrodinamičeskojobrabotkisvarnyhsoedinenijalûminievogosplavaamg6 AT lobanovlm changeinstressstrainstateafterelectrodynamictreatmentofweldedjointsofaluminiumalloyamg6 AT paŝinna changeinstressstrainstateafterelectrodynamictreatmentofweldedjointsofaluminiumalloyamg6 AT loginovvp changeinstressstrainstateafterelectrodynamictreatmentofweldedjointsofaluminiumalloyamg6 AT smilenkovn changeinstressstrainstateafterelectrodynamictreatmentofweldedjointsofaluminiumalloyamg6
first_indexed	2025-11-24T06:03:04Z
last_indexed	2025-11-24T06:03:04Z
_version_	1849650508488245248
fulltext	УДК 621.791.09-669.71 ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АМг6 Академик НАН Украины Л. М. ЛОБАНОВ, Н. А. ПАЩИН, канд. техн. наук, В. П. ЛОГИНОВ, В. Н. СМИЛЕНКО, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Исследовано влияние электродинамической обработки (ЭДО) на напряженно-деформированное состояние плоских образцов из сплава АМг6 при различных схемах предварительного нагружения. На основе неразрушающего уль- тразвукового метода разработана методика и проведены измерения остаточных напряжений в стыковых сварных соединениях. Установлено, что ЭДО позволяет снизить остаточные напряжения в сварных соединениях сплава АМг6 на 50…65 %. К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, сварное соединение, остаточные напряжения, электродинамическая обработка, импульс тока, алюминиевые сплавы, предварительное напря- жение, пластические деформации Прогресс в развитии современной техники обус- ловлен применением сварных конструкций с вы- сокими заданными технологическими и эксплуа- тационными характеристиками. Использование для сварных соединений таких традиционных спо- собов обработки, как прокатка роликами, проков- ка, термическая обработка и др., не всегда спо- собствует повышению ресурса работы конст- рукций в тяжелых условиях эксплуатации. В связи с этим в настоящее время особую актуальность приобрела проблема внешних энергетических воз- действий на механические свойства металлов и сплавов, а также их сварных соединений. Экспе- риментальные исследования электрических токов большой плотности, высокоэнергетических полей, токов плазмы, ионной имплантации, лазерного из- лучения, а также их комбинированного воздейс- твия на конструкционные материалы заложили ос- нову для создания нового класса высокопро- изводительных технологических процессов обра- ботки сварных соединений. В последние десятилетия XX в. значительно возросло количество работ, связанных с иссле- дованием различных вариантов электромехани- ческого эффекта (изменение свойств под действи- ем электрических полей и токов) для полупро- водниковых, диэлектрических материалов и в пер- вую очередь для металлов и сплавов, применяе- мых в машиностроении. Установлено, что воздействие импульсов тока на металлы и сплавы приводит к повышению их статической и усталостной прочности, а также к релаксации напряженно-деформированного сос- тояния [1]. Одним из новых способов воздействия током на металлы и сплавы является электродинамичес- кая обработка (ЭДО). Она основана на иницииро- вании в материале электродинамических сил, воз- никающих при переходных процессах и сопро- вождающих прохождение в материале токового разряда [2]. При суммировании электродинами- ческих сил со статическим нагружением в мате- риале обрабатываемой конструкции могут возни- кать структурные изменения, положительно вли- яющие на ее ресурс. При этом воздействие им- пульсов тока на металл, который подвергается растяжению в упругой и пластической областях нагружения [3, 4], приводит к изменению его нап- ряженного состояния. Одной же из причин снижения работоспособ- ности сварных конструкций являются остаточные сварочные напряжения (далее ОН), негативно вли- яющие на прочностные характеристики и вызы- вающие остаточное формоизменение изделий. Поскольку в шве и околошовной зоне (ОШЗ) име- ют место напряжения растяжения, близкие к пре- делу текучести материала, ЭДО сварных соеди- нений может инициировать процессы, снижаю- щие общий уровень ОН сварных соединений. При этом, если для титановых сплавов [3] и тепло- устойчивых сталей [4] проводили исследования механизма изменения напряженного состояния предварительно нагруженных образцов сварных соединений под воздействием импульсов тока, то для алюминиевых сплавов такие данные отсутс- твуют. Целью настоящей работы является исследова- ние влияния ЭДО на снижение напряженно-де- формированного состояния сварных соединений алюминиевого сплава АМг6. Для предваритель- ной оценки влияния ЭДО на ОН в указанном ма- териале обработку проводили в условиях растя- жения плоских образцов лопаточного типа. Для инициирования одиночных импульсов тока в ме-© Л. М. Лобанов, Н. А. Пащин, В. П. Логинов, В. Н. Смиленко, 2007 6/2007 11 талле использовали лабораторную установку, соз- данную на базе конденсаторной машины [4]. Раз- ряд батареи конденсаторов передавали на образец посредством контакта медного электрода с повер- хностью металла в зоне ЭДО. Схема ЭДО образца при одноосном растяжении представлена на рис. 1. Образцы основного металла вырезали вдоль проката из листовых заготовок ненагарто- ванного алюминиевого сплава АМг6 толщиной 4 мм. На начальном этапе экспериментов ЭДО вы- полняли на образцах основного металла, предва- рительно нагруженного продольным одноосным растяжением в упругой, упругопластической и плас- тической областях деформирования. Проводили ЭДО также образцов сварных стыковых соединений из сплава АМг6 толщиной 4 мм (рис. 1), которые вырезали поперек шва из пластин размером 500 500 4 мм. Соединения были выполнены встык однопроходной автоматической сваркой неп- лавящимся электродом в аргоне на установке АС- ТВ-2М на следующем режиме: ток сварки 220 А; напряжение на дуге 18 В; скорость сварки 14 м/ч; присадочная проволока марки СвАМг6 диаметром 2,0 мм. Указанный режим обеспечивал гарантиро- ванный провар и удовлетворительное формирова- ние соединения. ЭДО образцов сварных соединений проводили вдоль ОШЗ, выбор которой в качестве зоны обра- ботки продиктован наличием в ней продольных плас- тических деформаций сжатия εпл. Суммирование зна- чений εпл со значениями пластических деформаций, инициируемых импульсами тока, вызывает в сплаве АМг6 релаксационные процессы, следствием кото- рых может являться снижение уровня ОН. Испытания образцов из сплава АМг6 выпол- няли на разрывной машине ЦДМ-10 с максималь- ным усилием растяжения 10 т при скорости де- формирования 6 мм/мин. В течение всего цикла нагружения образцов проводили запись измене- ния растягивающего усилия до достижения ука- занным материалом требуемого напряженного состояния. Задачей настоящих экспериментов являлось изучение пиков электродинамического эффекта, которые появляются при резком снижении соп- ротивления сплава АМг6 деформированию под действием разряда тока. Эффект проявлялся в ви- де характерного уменьшения деформирующего усилия на диаграммах растяжения (рис. 2). Образец, закрепленный в захватах испытатель- ной машины, растягивали до заданного значения и производили разряд с фиксацией падения де- формирующего усилия с помощью самописца (входит в состав машины ЦДМ-10) и механичес- кого деформометра (на базе измерения B = 25 и 100 мм). Исследовали три схемы нагружения об- разцов: первая — растяжение выполняли дискретно с остановкой для ЭДО одиночными импульсами то- ка и фиксацией падения деформирующего усилия; вторая — аналогично первой схеме, но с ком- пенсацией падения деформирующего усилия со скоростью растяжения v = 6 мм/мин; третья — при непрерывном нагружении об- рабатывали материал разрядами тока в процессе возрастания растягивающего усилия до разруше- ния образца. Первая схема нагружения образцов отображала механизм напряженного состояния сварных сты- ковых соединений при ЭДО. При этом упругие растягивающие напряжения ОШЗ моделировали одноосным растяжением образца. При исследовании характера изменения дефор- мирующего усилия в широком диапазоне предва- рительного нагружения особое внимание уделяли изучению электродинамического эффекта при пред- варительных напряжениях, близких по значению к ОН в сварных соединениях сплава АМг6. ЭДО вы- полняли на следующем режиме: ток на электроде Iэ = 3500 А; напряжение на электроде Uэ = 450 В; продолжительность воздействия импульса тока τимп = 0,5 мкс; емкость батареи конденсаторов Рис. 1. Схема ЭДО образцов основного металла и сварного соединения сплава АМг6 для испытаний на одноосное растя- жение: 1 — установка для ЭДО; 2 — электрод; 3 — крепление обратного провода; P — растягивающее усилие Рис. 2. Изменение упругого растяжения (1, 2) и растяжения в упругопластической области (3, 4) образцов сплава АМг6 при ЭДО: σпр — предварительное напряжение; ε — относитель- ная деформация 12 6/2007 Cкон = 1400…2800 мкФ. Значения предваритель- ного нагружения σпр образцов основного металла и сварных соединений сплава АМг6, а также па- раметры, характеризующие его изменения в ре- зультате ЭДО, представлены в табл. 1. На основании данных табл. 1 можно заклю- чить, что ЭДО сплава АМг6 по первой схеме об- работки (серия № 1–3) вызывает в материале дис- кретное падение деформирующего усилия в ис- следуемом диапазоне нагружения. В отличие от выводов работ [3, 5], где говорится, что импульсы тока не оказывают влияния на падение усилия растяжения в упругой области нагружения мате- риалов, на образцах серий № 1 и 2, подвергнутых растяжению в диапазоне нагрузок ниже предела пропорциональности, которые в сплаве АМг6 сос- тавляют 130 МПа, наблюдали дискретное сниже- ние усилия нагружения (15…30 % первоначаль- ного). При этом максимальные значения суммар- ного относительного падения растягивающих нап- ряжений после цикла ЭДО Σ∆σ% (до 30 %) фик- сировали при σпр = 116,7 МПа (табл. 1, серия об- разцов № 2), что близко к реальным значениям продольных растягивающих напряжений σх в сварных соединениях сплава АМг6. При нагружении образцов серии № 4 выше ус- ловного предела текучести (образцы серии № 3) падение деформирующего усилия не превышало 15 %. Причем, чем ближе значения σпр и предела текучести, тем ниже значения Σ∆σ%, определяющие эффективность обработки. Для каждой серии импульсов анализировали текущее относительное падение растягивающих напряжений после каждого разряда ∆σ% (табл. 1), которое отражает текущее изменение единичного скачка деформирующего усилия при ЭДО в об- разцах при каждой серии испытаний. Отмечено, что при обработке образцов по первой схеме мак- симальное падение усилий растяжения в цикле обработки (50 % общего значения Σ∆σ%) наблю- дается во время первого разряда тока в серии им- пульсов. При последующих воздействиях тока эф- фективность этого процесса снижается, что объяс- няется «истощением» дислокационной структуры материала при нагружении его кристаллической решетки [1]. Т а б л и ц а 1. Изменение деформирующего усилия образцов основного металла и сварных соединений сплава АМг6 при ЭДО в условиях предварительного растяжения № серии образцов n σпр, МПа σn, МПа ∆σn, МПа ∆σ%, % Σ∆σ%, % Скон, мкФ Основной металл 1 — 52,9 — — — ~21 1400 1 45,8 7,10 13,50 2 43,3 2,50 4,70 3 41,7 1,60 3,00 2 — 116,7 — — — ~30 1400 1 104,1 12,60 11,00 2 99,1 5,00 4,30 3 92,5 6,60 5,70 4 86,6 5,90 5,00 5 83,3 3,30 3,00 3 — 258,0 — — — ~14 1400 1 229 29,0 11,20 2 224 5,00 2,00 3 222 2,00 0,80 4 — 52,9 — — — ~32 2800 1 40,40 12,50 23,6 2 36,25 4,15 7,90 5 — 116,7 — — — ~50 2800 1 88,34 20,36 24,30 2 77,50 10,84 9,30 3 70,00 7,50 6,43 4 62,90 7,10 6,10 5 59,50 3,40 3,00 6/2007 13 Проведены также исследования влияния повы- шения интенсивности ЭДО путем увеличения ем- кости батареи конденсаторов Cкон до 2800 мкФ (табл. 1, образцы серий № 4 и 5). Из данных таб- лицы видно, что с увеличением Cкон как при ма- лых значениях σпр (образцы серии № 4), так и при близких к сварочным, значения Σ∆σ% воз- росли в 1,5…1,7 раза. Результаты исследования особенностей ЭДО сварного соединения предс- тавлены в образцах серии № 6–8 (табл. 1). Зна- чение σпр в образцах серии № 6 (как и в сериях № 2 и 5) выбирали близким к остаточным сва- рочным напряжениям в сплаве АМг6 — 100 МПа. Установлено, что, как и в предыдущих сериях ис- пытаний, при первом воздействии тока на мате- риал σпр уменьшается до 50 %. На образцах из сплава АМг6 с помощью ме- ханического деформометра исследовали особен- Продолжение табл. 1 № серии образцов n σпр, МПа σn, МПа ∆σn, МПа ∆σ%, % Σ∆σ%, % Скон, мкФ Сварное соединение 6 — 100,0 — — — ~57 2800 1 70,00 30,0 30,00 2 56,67 13,33 13,33 3 50,00 6,67 6,67 4 45,40 4,60 4,60 5 43,50 1,90 1,90 7 — 80,5 — — — 2800 1 58,20 22,30 27,70 ~28 — 80,5 — — — 1 66,60 13,90 17,30 ~17 — 80,5 — — — 1 69,30 11,20 13,90 ~14 — 161,0 — — — 1 125,0 36,00 22,36 ~22 — 161,0 — — — 1 133,0 28,00 17,39 ~17 — 161,0 — — — 1 130,0 31,00 19,25 ~19 — 161,0 — — — 1 130,0 31,00 19,25 ~19 — 247,0 — — — 1 194,0 53,00 21,45 ~21 — 247,0 — — — 1 200,0 47,00 19,20 ~19 — 247,0 — — — 1 205,0 42,00 17,00 ~17 — 288,6 — — — 1 238,65 49,95 17,30 ~17 — 288,6 — — — 1 241,42 47,18 16,34 ~16 — 288,6 — — — 1 249,75 38,85 13,46 ~13 — 330,0 (перед разрушением) — — — 1 277,50 52,50 15,90 ~16 — 291,0 — — — 14 6/2007 ности развития пластического течения материала под воздействием серий импульсов тока. На ос- новании полученных данных можно заключить, что значения предварительного нагружения об- разцов сварного соединений (серия № 6) сопос- тавимы со значениями нагружений, принятыми для основного металла (образцы серий № 5). Если сравнить значения ∆σ% у образцов серии № 5 и 6 серий, то у сварных соединений более ярко вы- ражены деформационные процессы, которые оп- ределяются падением предварительного усилия растяжения за время воздействия первых двух им- пульсов тока. При сопоставлении значений Σ∆σ% в основном металле и сварном соединении видно, что у последнего значения указанного параметра больше на 10 %, что можно объяснить более вы- сокой пластичностью металла ОШЗ. Это доказы- вает, что ЭДО сварных соединений сплава АМг6 более эффективна по сравнению с основным ме- таллом. Окончание табл. 1 № серии образцов n σпр, МПа σn, МПа ∆σn, МПа ∆σ%, % Σ∆σ%, % Скон, мкФ Сварное соединение 8 — 110,0 — — — 2800 1 72,00 38,00 34,54 ~35 — 138,7 — — — 1 80,47 58,23 41,98 ~42 — 163,7 — — — — 80,47 83,23 50,84 ~51 — 0 — — — — — 47,0 — — — — 1 47,00 0 0 0 — 83,25 — — — — 1 83,25 0 0 0 — 133,20 — — — — 1 133,20 0 0 0 — 138,75 — — — — 1 138,75 0 0 0 — 194,25 — — — — 1 97,10 97,15 50,01 ~50 — 0 — — — — — 61,00 — — — — 1 61,00 0 0 0 — 111,0 — — — — 1 111,0 0 0 0 — 174,8 — — — — 1 174,8 0 0 0 — 202,5 — — — 0 — 127,65 74,85 36,96 — — 219,22 — — — ~37 1 122,26 96,96 44,22 — 241,42 — — — 44 1 149,85 91,57 37,92 — — 0 — — — ~38 290 (разрушение) Пр и м е ч а н и е . σпр — текущее растягивающее напряжение после разряда; ∆σn = σn – σn + 1 — текущее падение растягивающих напряжений после каждого разряда; тире — отсутствие импульсов тока. 6/2007 15 На образцах основного металла с помощью ме- ханического деформометра определяли особеннос- ти развития пластической деформации непосредс- твенно в зоне обработки, т. е. на участке контакта электрода (см. рис. 1) с поверхностью металла. Предварительно в материале рабочей части образца была создана пластическая деформация сжатия, ко- торая составляла около 0,1 %, после чего образцы подвергали растяжению до σпр = 110 МПа. Данная силовая схема создает в материале напряженно- деформированное состояние, подобное наблюда- емому в ОШЗ сварных соединений сплава АМг6 [5]. Нагруженные образцы подвергали ЭДО по ре- жиму, указанному в табл. 1, при емкости батареи Cкон = 1400 мкФ. После ЭДО с помощью меха- нического деформометра (B = 25 мм) определяли дискретное падение усилия нагружения σпр и со- ответственно снижение значений относительной деформации ε, имеющее место после воздействия разряда тока. Расположение контактных баз при- бора на поверхности образца показано на рис. 1. На рис. 3 представлены диаграммы зависимости σпр = f(n) и ε = f(n) (здесь n — количество разрядов тока в цикле ЭДО). Из рисунка видно, что уже после первого (n = 1) импульса тока металл при растя- жении ниже предела упругости σуп теряет свои уп- ругие свойства, а при дальнейшей обработке (n > > 2) находится в упругопластическом состоянии. После завершения цикла ЭДО и снятия нагрузки в металле образуется остаточная пластическая де- формация растяжения ε = 0,1 %. При сопоставлении рис. 3, а и б можно зак- лючить, что предварительное пластическое дефор- мирование сплава АМг6 в сочетании с последу- ющим упругим нагружением и ЭДО могут фор- мировать в этом материале поля упругопласти- ческих деформаций. В то же время напряженно- деформированное состояние ОШЗ сварных сое- динений сплава АМг6 характеризуется наличием пластических деформаций сжатия в сочетании с упругими растягивающими напряжениями. Таким образом, результаты испытаний, представленные на рис. 3, с достаточной степенью достоверности моделируют релаксационные процессы, происхо- дящие в «активной» зоне соединения при его об- работке импульсами тока. Формирование в про- цессе ЭДО полей пластических деформаций рас- тяжения, «обратных» сварочным, может положи- тельно повлиять на снижение общего уровня нап- ряженного состояния сварных соединений. Проведены измерения снижения эффективнос- ти электродинамического воздействия на матери- ал при удалении от зоны обработки. С этой целью выполнены измерения дискретного падения зна- чения σпр с помощью деформометра с переменной базой измерения — B = 25 и 100 мм. Текущие изменения значений относительных деформаций ε при ЭДО исследовали исходя из предположения: если ЭДО носит локальный ха- рактер, то при каждом токовом разряде дискрет- ному падению растягивающего усилия ∆σпр будут соответствовать различные значения ε (B = 25 и 100 мм). ЭДО образцов проводили на указанном в табл. 1 режиме при Cкон = 2800 мкФ. При этом образец подвергали предварительному растяже- нию до 180 МПа, что соответствует упругоплас- тической области деформирования сплава АМг6. Результаты исследований представлены в табл. 2. Из данных таблицы видно, что убывание значений ε при ЭДО носит затухающий характер, что сог- ласуется с данными табл. 1 о дискретном падении значений σпр. При этом электродинамическое воз- действие локализовано в зоне ЭДО (см. рис. 1), поверхность которой подвергали обработке. Так, материал образца в зоне базы измерения B = 25 мм после первого импульса тока находился в состо- янии развитого пластического течения, а в зоне базы измерения B = 100 мм испытывал дефор- Рис. 3. Падение предварительного деформирующего усилия σпр (а) и изменение относительной деформации ε (б) на об- разцах из сплава АМг6 при ЭДО; C — сброс нагрузки после цикла ЭДО; σуп — предел упругости; εуп — упругая дефор- мация сплава АМг6; … — данные отсутствуют 16 6/2007 мации, незначительно превышающие предел уп- ругости сплава АМг6. При последующих импуль- сах тока изменение значений ε носит затухающий характер, а разность показаний деформометра при B = 25 и 100 мм свидетельствует о снижении вли- яния электродинамического эффекта на свойства материала при удалении от зоны ЭДО. Для изучения особенностей механизма ЭДО проводили обработку материала при нагружении по второй схеме. Для этого использовали образцы стыкового сварного соединения из сплава АМг6 (см. рис. 1). После предварительного упругого рас- тяжения металла в упругопластической области растяжения и воздействия импульсами тока ком- пенсировали падение усилия растяжения, исполь- зуя при этом подтяжку подвижного захвата раз- рывной машины до уровня σпр. Характер изме- нения растягивающего усилия ∆σn под влиянием ЭДО сварного соединения из сплава АМг6 при компенсации его текущего падения ∆σn, вызван- ного электродинамическим воздействием, предс- тавлен в табл. 1 (образец серии № 7). На основании данных этой таблицы оценивали изменение еди- ничного скачка деформирующего усилия после восстановления первоначальной нагрузки σпр в различных диапазонах предварительного растяже- ния. Если допустить, что снижение единичного скачка значений σпр в предыдущих сериях связано в основном с условиями закрепления по первой схеме, т. е. отсутствием возможности реализации перемещений вдоль продольной оси образца, то компенсация падения σпр путем повторной под- тяжки должна способствовать стабилизации σn после каждого последующего воздействия им- пульсами тока. В то же время, проанализировав данные (образец серии № 7, табл. 1), можно ви- деть, что значения Σ∆σ% в каждом диапазоне рас- тягивающих нагрузок отличаются друг от друга. Разность в значениях ∆σпр при первом (n = 1) и последнем (n = 4) разрядах тока при σпр ≅ ≅ 161 МПа, т. е. при нагрузках, близких по своим значениям к максимумам продольных остаточных сварочных напряжений для сплава АМг6, состав- ляет 25 %. Таким образом, в алюминиевых спла- вах ЭДО можно создавать зоны упругопластичес- кого деформирования материала, что позволит ре- гулировать напряженное состояние элементов свар- ных конструкций, находящихся под воздействием эксплуатационных нагрузок. Производство метал- лических конструкций способом предварительного упругого растяжения в сочетании с ЭДО представ- ляется эффективным для повышения точности их изготовления. Для изучения влияния режима непрерывного нагружения материала на электродинамический эффект при обработке алюминиевого сплава АМг6 плоский образец основного металла тол- щиной 4 мм подвергали силовому воздействию по третьей схеме нагружения при скорости дефор- мирования материала v = 6 мм/мин (рис. 4). На основе данных работы [3] можно заключить, что обработка материала образца импульсами тока при его непрерывном растяжении приводит к по- вышению значений падения деформирующего усилия по сравнению с образцами, подвергнутыми ЭДО в условиях дискретного нагружения по пер- вой схеме. Для исследования ЭДО в режиме нагружения по третьей схеме образцы подвергали непрерыв- ному растяжению. На первом этапе нагружения σпр = 110, 139 и 164 МПа на рабочей поверхности образца инициировали одиночный импульс тока на описанном выше режиме (Cкон = 2800 мкФ), при этом выполнялась запись скачка деформиру- ющего усилия (рис. 4, а). После завершения серии импульсов тока производили полную разгрузку образца. При повторном нагружении (второй этап) (рис. 4, б) образец подвергали растяжению до 200 МПа, проводя ЭДО одиночными импульсами тока до достижения σпр = 85, 130 и 200 МПа. Затем на третьем этапе нагружения (рис. 4, в) выполняли ЭДО до достижения σпр = 61, 111, 175, 202, 220 и 242 МПа со сбросом до нуля и последующим растяжением образца до разрушения, наступив- шего при σпр = 290 МПа. Значения падения де- формирующего усилия в результате ЭДО при неп- рерывном растяжении образцов представлены в табл. 1 (образцы серии № 8). Проанализировав данные табл. 1, можно ви- деть существенные отличия в характере дискрет- ного падения усилия деформирования сплава АМг6 при третьей схеме нагружения. Так, сравнив значения ∆σ% после воздействия первого импульса в образцах серии № 5 (σпр = = 116,7 МПа), полученного без компенсации рас- тяжения, где ∆σ% = 24,30 %, с образцами серии № 8 (σпр = 110 МПа), где ∆σ% = 34,54 %, можно видеть повышение эффективности единичного воздействия тока импульсов при непрерывном растяжении образца. При увеличении нагрузки до Т а б л и ц а 2. Относительные деформации растяжения ε образцов сплава АМг6 при ЭДО при σпр = 180 МПа n ∆σпр, МПа ε, % В = 25 мм В = 100 мм — — 0,26 0,27 1 50 0,51 0,16 2 22 0,29 0,07 3 11 0,12 0,05 4 13 0,07 0,06 5 8 — 0,01 6/2007 17 163,7 МПа наблюдали дальнейший рост значений деформирующего скачка до ∆σ% = 50,84 %. При сопоставлении этих данных с полученными для образцов серии № 7 для первого токового воз- действия при σпр = 161 МПа, можно видеть, что в них более низкие значения ∆σ% — 22,36 %. Это можно объяснить тем [1], что при непрерыв- ном деформировании поликристаллических структур в условиях токового воздействия обра- зуется большое количество незавершенных сдви- гов дислокаций вдоль полос скольжения (по срав- нению с дискретным растяжением), подвержен- ных влиянию импульсов тока. При непрерывном нагружении образцов серии № 8 изучено влияние ЭДО на особенности па- дения деформирующего усилия после восстанов- ления σпр. Следует отметить, что при достижении σпр = 163,7 МПа и сбросе нагрузки до нуля и пос- ледующем растяжении образца скачок деформиру- ющего усилия зафиксирован только после превы- шения первоначальной нагрузки (163,7 МПа) и дос- тижения σпр = 194,25 МПа. При последующем наг- ружении и уменьшении значений σпр до нуля на- личие дискретного падения деформирующего уси- лия зафиксировано только при σпр ≥ 202,5 МПа. Отсутствие скачка после повторного нагруже- ния может быть объяснено по аналогии с явле- ниями, наблюдаемыми при исследовании процес- са электроимпульсной обработки титановых спла- вов [3]. В результате воздействия токового разряда на деформируемый образец происходит перест- ройка структуры материала, а именно, смещение части дислокаций в новое положение с большим уровнем энергии закрепления дислокаций на сто- порах. Чем выше энергия отрыва со стопора (энер- гия активации) дислокаций, тем больше внешнее растягивающее напряжение, при котором прои- зойдет отрыв дислокаций от стопоров. Таким об- разом, согласно [3] энергия активации определя- ется суммированием постоянной составляющей энергии импульса тока и переменной, связанной с непрерывно возрастающей деформацией образ- ца. При повторном нагружении до получения зна- чения σпр, меньше первоначального, энергия ак- тивации не позволяет инициировать отрыв дис- локаций от стопоров, что исключает реализацию скачка деформирующего усилия. Для изучения на натурных образцах изменения остаточного напряженного состояния сварных со- единений элементов тонкостенных конструкций в результате электродинамического воздействия из- готовили плоские образцы из алюминиевого сплава АМг6 размером 450 400 4 и 500 500 3 мм. Пластины сваривали вдоль продольной оси сим- метрии по описанным выше технологии и режиме. Остаточные напряжения определяли неразруша- ющим ультразвуковым (УЗ) методом, который ос- нован на зависимости скорости распространения ультразвуковых волн от напряжений в металле [6]. Этот метод позволяет оценивать одно- и дву- хосное напряженное состояние без нарушения це- лостности исследуемого объекта. Особенностью УЗ метода является возмож- ность определения ОН в натурных конструкциях в ненагруженном и нагруженном состояниях. В настоящих исследованиях нагружением являлось воздействие на металл электродинамическими си- лами, инициируемыми одиночными импульсами тока. УЗ метод позволил провести многократные из- мерения текущих значений ОН после каждого воз- действия импульса тока в цикле ЭДО. С помощью указанного метода оценивали эффективность воз- действия тока на материал образца путем сни- жения уровня ОН в зависимости от количества импульсов тока. Измерения значений ОН проводили в цент- ральном поперечном сечении пластины. Опреде- ляли продольную σх и поперечную σу компоненты плоского напряженного состояния материала об- разца до и после ЭДО. Обработку вдоль линии сплавления выполняли по всей длине шва. Об- разец стыкового соединения в процессе ЭДО на- ходился в свободном состоянии без приложения к нему статических нагрузок, что позволило оценить влияние ЭДО на релаксацию сварочных напряжений. Рис. 4. Кривые релаксации деформирующего усилия σпр на образце из сплава АМг6 при третьей схеме нагружения: а — первый этап нагружения; б — второй; в — третий; и.т — импульс тока; L — расстояние между захватами разрывной машины 18 6/2007 Распределение продольных остаточных напря- жений после сварки в обработанных и необрабо- танных образцах из сплава АМг6 представлено на рис. 5, из которого видно, что ЭДО сварного со- единения способствует снижению продольных ОН σх на 45…50 %. При этом после ЭДО имело место снижение поперечных ОН σу на 60…65 % в ОШЗ. Таким образом, данные, приведенные в нас- тоящей работе, свидетельствуют об эффективнос- ти применения ЭДО для регулирования напря- женного состояния алюминиевых сплавов АМг6 и их сварных соединений. 1. Исследование влияния импульсной обработки на повы- шение ресурса металлических конструкций / Л. М. Лоба- нов, Н. А. Пащин, В. П. Логинов и др. // Автомат. сварка. — 2005. — № 11. — С. 28–32. 2. Теория электрических аппаратов / Г. Н. Александров, В. В. Борисов, В. Л. Иванов и др. — М.: Высш. шк., 1985. — 312 с. 3. Акустическая эмиссия при электроимпульсной дефор- мации титановых сплавов / Н. А. Семашко, Р. Ф. Крупс- кий, А. В. Купов и др. // Материаловедение. — 2004. — № 7 (Спецвыпуск). — С. 29–33. 4. Влияние электродинамической обработки на напряжен- но-деформированное состояние теплоустойчивых сталей / Л. М. Лобанов, Н. А. Пащин, В. М. Скульский // Авто- мат. сварка. — 2006. — № 5. — С. 11–15. 5. Регулирование термодинамических циклов при сварке листовых конструкций с применением теплопоглотите- лей / Л. М. Лобанов, В. И. Павловский, В. П. Логинов и др. // Автомат. сварка. — 1990. — № 9. — С. 39–49. 6. Основы ультразвукового неразрушающего метода опре- деления напряжений в твердых телах / А. Н. Гузь, Ф. Г. Махорт, О. Н. Гуща и др. — Киев: Наук. думка, 1974. — 108 с. The effect of electrodynamic treatment (EDT) on the stress-strain state of flat specimens of alloy AMg6 at different diagrams of preliminary loading was investigated. The measurement procedure based on the ultrasonic NDT method was developed, and residual stresses in butt welded joints were measured. As established, EDT allows residual stresses in the welded joints on alloy AMg6 to be decreased by 50...65 %. Поступила в редакцию 06.05.2006 Рис. 5. Распределение продольных σх остаточных напряже- ний в образцах стыковых сварных соединениях сплава АМг6 без обработки (1) и после ЭДО (2); b — ширина шва ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ УСТАНОВКА УЭ-207П Промышленная установка УЭ-207П предназначена для нанесения всех вариантов за- щитных покрытий (жаро-, коррозионно- и эрозионностойких, термобарьерных, демпфи- рующих и др.) путем электронно-лучевого испарения и последующего осаждения паровой фазы на изделия заданной конфигурации, например, лопатки газотурбинных двигателей, а также осаждения функционально-градиентных покрытий. Установка УЭ-207П в зависимости от конк- ретных требований может быть укомплектова- на традиционными испарителями (водоохлаж- даемыми тиглями с вертикальными штоками для перемещения испаряемых слитков) и/или многопозиционными испарителями карусель- ного типа для испарения композиционных слитков при осаждении градиентных пок- рытий. На рисунке показана блок-схема уста- новки, состоящей из рабочей камеры 1, каме- ры пушек 2, загрузочных камер 3, вакуумных затворов 4, горизонтального вала и механизма его перемещения и вращения 5 и механизмов подачи испаряемых материалов (слитков) 6. Контакты: Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11, отд. № 13. Международный центр электронно-лучевых технологий. Тел.: (38044) 287 60 41; тел./факс: (38044) 287 31 66. E-mail: movchan@paton-icebt.kiev.ua; http://www.paton-icebt.kiev.ua 6/2007 19

Изменение напряженно-деформированного состояния после электродинамической обработки сварных соединений алюминиевого сплава АМг6

Репозитарії

Схожі ресурси