RU2709908C1 - Способ получения сварных соединений термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высоким пределом выносливости - Google Patents
Способ получения сварных соединений термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высоким пределом выносливости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709908C1 RU2709908C1 RU2019116542A RU2019116542A RU2709908C1 RU 2709908 C1 RU2709908 C1 RU 2709908C1 RU 2019116542 A RU2019116542 A RU 2019116542A RU 2019116542 A RU2019116542 A RU 2019116542A RU 2709908 C1 RU2709908 C1 RU 2709908C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- aluminum alloys
- heat
- thermo
- heat treatment
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при сварке трением с перемешиванием термоупрочнямых алюминиевых сплавов, в частности 2ххх, 6ххх, 7ххх. После досварочной термической обработки Т6 осуществляют сварку трением с перемешиванием при частоте вращения инструмента от 1000 до 2500 об/мин и скорости сварки от 600 до 1500 мм/мин. Затем проводят послесварочную термическую обработку в виде искусственного старения при той же температуре, что и искусственное старение в обработке Т6. Способ обеспечивает получение сварного соединения с высоким пределом усталостной выносливости без значительной потери его прочностных свойств. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области сварки трением с перемешиванием, в частности к области сварки трением с перемешиванием термоупрочнямых алюминиевых сплавов.
Из уровня техники известен способ оценки усталостной прочности сварных соединений (US № 7448280, публ. 07.02.2008), в котором описан способ увеличения сопротивления усталости сварных соединений получаемых сваркой плавлением (аргонодуговая, лазерная) посредством наплавления дополнительного материала в области сварного соединения.
Недостатком такого способа является его принципиальная неприменимость для сварки алюминиевых термоупрочняемых сплавов, так как плавление приводит к деградации структуры и неприемлемому падению механических свойств сварных соединений.
Из уровня техники также известен способ увеличения сопротивления усталости посредством ультразвуковой ударной обработки сварного соединения, описанный в разных модификациях в целом ряде технических решений: Способ повышения устойчивости прочности сварного шаблона сварного соединения (JP 3899007, публ. 30.04.2004), Структура и метод повышения усталости эффективности сварного соединения (JP № 4580220, публ. 08.06.2006), Способ повышения устойчивости прочности сварного соединения (JP № 3899008, публ. 30.04.2004), Способ повышения устойчивости прочности зоны сварки и сварной структуры (JP 2006175512, публ. 06.07.2006), целью которого является формирование остаточных сжимающих напряжений в шве, позволяющих существенно увеличить сопротивление усталости сварного соединения.
Недостатком такого способа является, с одной стороны, его применение для сварных соединений, получаемых плавлением, что уже недопустимо для термоупрочняемых алюминиевых сплавов, а с другой стороны, использованием дополнительного оборудования (ультразвукового генератора и волновода) и энергозатрат на выполнение операции.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения сварных соединений термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высоким пределом усталостной выносливости, относительно уровня материала основы, без значительной потери прочностных свойств шва (коэффициент прочности сварного соединения не ниже 80% относительно уровня основного материала).
Задача решается посредством использования сварки трением с перемешиванием (СТП) и послесварочной термической обработки по режимам, позволяющим избежать деградации структуры и сформировать высокий уровень остаточных напряжений в сварном соединении, с помощью способа включающего досварочную термическую обработку Т6, сварку трением с перемешиванием при частоте вращения инструмента от 1000 до 2500 об/мин и скорости сварки от 600 до 1500 мм/мин, и послесварочную термическую обработку в виде искусственного старения при той же температуре что и искусственное старение в обработке Т6.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлены ПЭМ изображения упрочняющих частиц вторых фаз в зонах термического воздействия сварных соединений, полученных при скорости сварки а) 120 мм/мин; б)760 мм/мин.
На фиг. 2 представлена фотография с характерной для зон термического воздействия сварных соединений, полученных при скорости сварки 760 мм/мин, зёренной структуры с развитой сеткой деформационных полос внутри.
На фиг.3 приведён график приложенной нагрузки относительно количества циклов до разрушения для основного материала АА6061-Т6 и сварного соединения, полученного при скорости сварки 760 мм/мин.
На фиг.4 представлены РЭМ изображения разрушенных образцов, а) основного материала, б) сварного соединения.
Осуществление изобретения
Для определённости и демонстрации принципиальной осуществимости и эффективности заявляемого способа был выбран распространённый термоупрочняемый алюминиевый сплав АА6061-Т6 (6ххх серия по международной классификации, представляющая собой алюминиевые сплавы системы Al-Mg-Si), где Т6 одно из состояний поставки данного сплава, означающие что материал был термически обработан посредством закалки (с температурой 540 °С) и последующего искусственного старения на максимальную прочность (160 С в течение 8 часов).
Для сварки использовали пластины толщиной 3 мм. Сварка осуществлялась инструментом с вогнутыми заплечиками диаметром 12,5 мм и штырём диаметром 5 мм с конической метрической резьбой М5. Высота штыря составляла 1,7 мм, поэтому, с целью обеспечения полного провара заготовки сварку проводили за 2 прохода с двух сторон. Сварка осуществлялась на столе, представляющем собой массивную стальную плиту. Какое либо дополнительно охлаждение не применялось.
Пластины сваривали на частоте вращения 1100 об/мин (максимально возможная для машины AccuStir 1004 GTC) и скоростях подачи 120 и 760 мм/мин. Выбор таких параметров сварки оптимален для сплавов 6ххх серии относительно возможной дефектности сварного соединения [Sato Y.S., Kokawa H. Friction stir welding (FSW) process // Weld. Int. 2003. Vol. 17, №11. P. 852-855]. После сварки полученные соединения подвергались послесварочной термической обработке - искусственному старению при 160°С в течение 8 часов, для восстановления фазового состава в центре зоны перемешивания. Последующие испытания на растяжения показали, что коэффициент прочности сварного соединения (отношение временного сопротивления шва к временному сопротивлению основного материала в состоянии Т6 умноженное на 100%) составил 66% и 90% для 120 и 760 мм/мин соответственно (временное сопротивление основного материала АА6061-Т6 составляет 350 МПа), а локализация деформации с последующим разрушением образцов всегда происходила в зоне термического воздействия сварного соединения. Изучение микроструктуры показало (фиг.1), что в зоне термического воздействия сварного соединения, полученного при скорости сварки 120 мм/мин (фиг. 1а) происходит существенная деградация структуры посредством коагуляции частиц упрочняющей фазы, относительно шва, полученного при 760 мм/мин (фиг. 1б), где частицы вторых фаз представлены в виде мелкодисперсных выделений. Столь значительная разница в микроструктуре легко объясняет разницу в коэффициентах прочности полученных сварных соединений, так как дисперсионное упрочнение вносит решающий вклад в прочность для термоупрочняемых алюминиевых сплавов.
Также в зонах термического воздействия шва полученного при 760 мм/мин были обнаружены деформационные полосы (фиг. 2), которые не наблюдались для шва, полученного при скорости сварки 120 мм/мин. Это объясняется большим тепловыделением (что прямо подтверждается коагуляцией частиц вторых фаз), а следовательно и меньшими остаточными напряжениями, действующими при перемешивании материала на скорости сварки 120 мм/мин.
Деформационные полосы свидетельствует о значительном уровне остаточных напряжений в сварном соединении, что является ключевым фактором, сдерживающим зарождение трещины усталости в шве.
Проведение испытаний на усталость для шва, полученного при скорости сварки 760 мм/мин, показало, что предел усталостной выносливости сварного соединения не ниже предела усталостной выносливости основного материла (фиг. 3), а характер разрушения для шва (фиг. 4б) и материала основы (фиг. 4а) одинаков. Это, в свою очередь свидетельствует о том, что зарождение усталостной трещины и ее распространение в обоих случаях происходит одинаково.
Таким образом, последовательность обработки, позволяющая получить высокий уровень сопротивления усталости сварного соединения, с сохранением высокого коэффициента прочности, заключается в следующем:
1) Досварочная термическая обработка Т6 для материала основы. Так как такой тип обработки является состоянием поставки для многих термоупрочняемых алюминиевых сплавов;
2) Сварка по оптимизированному режиму, который с одной стороны, не приводит к существенной коагуляции частиц вторых фаз в зонах термического воздействия, а с другой стороны позволяет сформировать значительный уровень остаточных напряжений в шве;
3) Послесварочная термическая обработка, представляющая собой искусственное старение по режиму, позволяющему восстановить частицы вторых фаз в центре зоны перемешивания, и при этом не допускающая как релаксации остаточных напряжений в шве, так и существенной коагуляции частиц вторых фаз в зонах термического воздействия.
Таким образом, предложенный способ применим для любого сплава, поставляемого в состоянии Т6, из любой серии термоупрочняемых алюминиевых сплавов 2ххх, 6ххх и 7ххх. Конкретные режимы сварки и послесварочной термической обработки зависят от химического состава сплава, а также таких факторов, как геометрия инструмента, толщина свариваемых листов, использование (или не использование) охлаждающих подложек или охлаждающих сред (например, подводная сварка трением с перемешиванием), влияющих на процессы тепловыделения, поглощения и рассеивания тепла, а следовательно, напрямую влияющие на фазовые превращения, происходящие в сварном соединении.
Claims (1)
- Способ получения сварных соединений термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высоким пределом выносливости, включающий досварочную термическую обработку сплавов Т6, сварку трением с перемешиванием при частоте вращения инструмента от 1000 до 2500 об/мин и скорости сварки от 600 до 1500 мм/мин и послесварочную термическую обработку сварного соединения в виде искусственного старения при той же температуре, что и искусственное старение в обработке Т6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019116542A RU2709908C1 (ru) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Способ получения сварных соединений термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высоким пределом выносливости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019116542A RU2709908C1 (ru) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Способ получения сварных соединений термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высоким пределом выносливости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2709908C1 true RU2709908C1 (ru) | 2019-12-23 |
Family
ID=69022862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019116542A RU2709908C1 (ru) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Способ получения сварных соединений термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высоким пределом выносливости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709908C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775418C1 (ru) * | 2021-11-18 | 2022-06-30 | Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Способ получения металлического листа |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007132252A1 (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | The Welding Institute | Friction stir method and a pair of workpieces joint by such method |
| RU2357843C2 (ru) * | 2007-07-25 | 2009-06-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Инструмент для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов и способ сварки |
| EP2233238A1 (fr) * | 2009-03-26 | 2010-09-29 | Eurocopter | Méthode de soudage par friction entre des pièces métalliques, procurant un contrôle de la température de soudage à partir d'une feuille unique thermiquement conductrice |
| RU2634402C1 (ru) * | 2016-07-04 | 2017-10-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых деформируемых сплавов |
| RU2686494C1 (ru) * | 2018-10-12 | 2019-04-29 | Закрытое акционерное общество "Чебоксарское предприятие "Сеспель" | Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов |
-
2019
- 2019-05-29 RU RU2019116542A patent/RU2709908C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007132252A1 (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | The Welding Institute | Friction stir method and a pair of workpieces joint by such method |
| RU2357843C2 (ru) * | 2007-07-25 | 2009-06-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Инструмент для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов и способ сварки |
| EP2233238A1 (fr) * | 2009-03-26 | 2010-09-29 | Eurocopter | Méthode de soudage par friction entre des pièces métalliques, procurant un contrôle de la température de soudage à partir d'une feuille unique thermiquement conductrice |
| RU2634402C1 (ru) * | 2016-07-04 | 2017-10-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых деформируемых сплавов |
| RU2686494C1 (ru) * | 2018-10-12 | 2019-04-29 | Закрытое акционерное общество "Чебоксарское предприятие "Сеспель" | Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775418C1 (ru) * | 2021-11-18 | 2022-06-30 | Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Способ получения металлического листа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Oliveira et al. | Welding and joining of NiTi shape memory alloys: a review | |
| Habibnia et al. | Microstructural and mechanical properties of friction stir welded 5050 Al alloy and 304 stainless steel plates | |
| Cavaliere et al. | Mechanical response of 2024-7075 aluminium alloys joined by Friction Stir Welding | |
| Fadaeifard et al. | Effect of post weld heat treatment on microstructure and mechanical properties of gas tungsten arc welded AA6061-T6 alloy | |
| Hu et al. | Laser welding of a selective laser melted Ni-base superalloy: microstructure and high temperature mechanical property | |
| Yazdipour et al. | An investigation of the microstructures and properties of metal inert gas and friction stir welds in aluminum alloy 5083 | |
| Sekhon et al. | Effect of tool pin profile on performance of friction stir welding of brass-copper-based butt welded joint | |
| Rajendran et al. | Investigating the Effect of PWHT on microstructural features and fatigue crack growth behavior of friction stir welded AA2024-T6 aluminum alloy joints | |
| Yang et al. | Comparative study on successive and simultaneous double-sided laser beam welding of AA6056/AA6156 aluminum alloy T-joints for aircraft fuselage panels | |
| Raja et al. | Investigate the process parameter on the friction stir welding of dissimilar aluminium alloys | |
| Pedapati et al. | Effect of process parameters on mechanical properties of AA5052 joints using underwater friction stir welding | |
| Langari et al. | The effect of friction stir welding parameters on the microstructure, defects, and mechanical properties of AA7075-T651 joints | |
| Selamat et al. | Effect of rolling on strength of friction stir welded joint of aluminium alloys | |
| Muthukrishnan et al. | Some studies on mechanical properties of friction stir butt welded Al-6082-T6 plates | |
| RU2709908C1 (ru) | Способ получения сварных соединений термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высоким пределом выносливости | |
| Krochmal et al. | Microstructural and mechanical properties of AlSi10Mg: Hybrid welding of additively manufactured and cast parts | |
| Sharma et al. | Tensile behaviour of friction stir welded joints of different aluminium alloys | |
| Tolephih et al. | Comparative study of the mechanical properties of (FS) and MIG welded joint in (AA7020-T6) aluminum alloy | |
| Eff et al. | The effects of postweld processing on friction stir welded, additive manufactured AlSi10Mg | |
| Singh et al. | Optimization of process parameters of friction stir welded joint of AA6061 and AA6082 by response surface methodology (RSM) | |
| Abbass et al. | Effect of welding parameters on mechanical properties of friction stir lap welded joints for similar aluminum alloys (AA1100-H112 & AA6061-T6) | |
| Voonna et al. | Some studies of nanoparticle properties for dissimilar materials on the surface features created by EBW and LBW | |
| Mousa et al. | Fatigue behavior and fractography in friction stir welding zones of dissimilar aluminum alloys (AA5086-H32 with AA6061-T6) | |
| Bárta et al. | Electron Beam Welding of 2099-T83 Aluminium-lithium Alloy Thick Plates | |
| Kosturek et al. | Research on the post-weld explosive hardening of AA7075-T651 friction stir welded butt joints |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200518 Effective date: 20200518 |