Розмір шрифту: 

Алюмінієві сплави за рахунок низької питомиваги та високих показників міцності знайшли широке використання в машинобудуванні, авіа- та ракетобудуванні. Конструкційний алюмінієвий сплав Д16 систем легування Al-Cu-Mg (дюралюмінієві сплави) поступається по міцності і корозійній стійкості деяким сплавам системи Al-Zn-Mg-Cu (В95, В95пч, В95оч), але перевершує по опору утворенню тріщин при однакових напруженнях [1].

Характеристики матеріалу Д16

Застосування: для силових елементів конструкцій літаків, кузовів автомобілів, труб і тд.; для деталей, що експлуатуються при низьких температурах до -230°С. Далі показано хімічний склад у % матеріалу Д16 [2]: Fe до 0,5 %; Si до 0,5 %; Mn 0,3-0,9 %; Cr до 0,1 %; Ti до 0,15 %; Al 90,9-94,7 %; Cu 3,8-4,9 %; Mg 1,2-1,8 %; Zn до 0,25 %; Домішок – всього 0,15 %, кожна по 0,05 %.

Проблеми зварювання матеріалу

Дюралюмін Д16 має порівняно низьку температуру плавлення (657°C) при досить високій теплопровідності. Головним ускладненням при зварюванні даного алюмінієвого сплаву є його схильність до окиснюваність в твердому і рідкому станах. Оксид алюмінію, що утворюється при зварюванні, не розчиняється ні в твердому, ні в рідкому алюмінії. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих інтерметалідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання [3]. Сучасний стан розвитку промисловості потребує отримання якісних зварних з’єднань з високими показниками міцності. Для зварювання алюмінієвих сплавів використовуютсья традиційна технологія аргонодугового зварювання неплавким електродом (АДЗНЕ) та сучасна технологія зварювання тертям з перемішуванням (ЗТП). В роботі досліджено показники міцності зварних з’єднань алюмінієвого сплаву Д16 отриманих різними технологіями АДЗНЕ та ЗТП.

Аргонодугове зварювання неплавким електродом

АДЗНЕ дає можливість ефективно захищати поверхні деталей, що з'єднуються, а також зварювальної ванни від негативного впливу кисню. Аргон повністю витісняє кисень із зони виконання зварювання, через що даний процес протікає максимально ефективно. Електрод з вольфраму розташовується в центрі керамічного сопла, через яке в зону зварювання подається захисний газ. Використання різного присадкового дроту, що забезпечує стабільне горіння дуги та формування якісного зварного з’єднання також спричиняє формування підсилення шва.

Переваги технології:

- досить висока якість отриманого з'єднання, в швах яких відсутні пори і сторонні домішки;

- рівномірна глибина проплавлення шва [4], [5].

Зварювання тертям з перемішуванням

Для зварювання використовують інструмент спеціальної форми, що складається з двох основних частин: заплечика або бурта (потовщена частина) і наконечника (виступаюча частина). Розміри цих конструктивних елементів вибирають в залежності від товщини і матеріалу деталей, що зварюються. Довжину наконечника встановлюють приблизно рівною товщині деталі, що підлягає зварюванню. Інструмент, що обертається з високою швидкістю, в місці стику вводиться до контакту з поверхнею заготовок так, щоб наконечник заглибився в заготовки на глибину, приблизно рівну їх товщині, а бурт до контакту з поверхнею. Після цього інструмент переміщається по лінії з'єднання на відпрацьованій швидкості. У результаті роботи сил тертя відбувається нагрівання металу до пластичного стану, перемішування його обертанням інструменту і витіснення в звільнений простір позаду інструменту, що рухається по лінії стику. Об’єм, в якому формується шов, обмежується зверху буртом інструменту. Після закінчення зварювання інструмент виводять зі стику за межі заготовки. При ЗТП можна виділити наступні переваги:

- в зоні зварювання краще зберігаються властивості основного металу в порівнянні зі способами зварювання плавленням;

- відсутність шкідливих випарів і ультрафіолетового випромінювання в процесі зварювання;

- можливість отримання бездефектних швів на сплавах, які при зварюванні плавленням схильні до утворення гарячих тріщин і пористості в швах;

- не потрібне використання присадкового матеріалу і захисного газу, видалення оксидів з поверхні на кромках перед зварюванням, а також шлаку і бризок після зварювання;

- відсутні втрати легуючих елементів металу при його зварюванні [6].

 

Результати досліджень

Проведено механічні випробування зразків зварних з’єднань виготовлених згідно вимог ГОСТ 6996-66 [7] та ГОСТ 1497-84 [8]. Випробування проводилися на зразках виготовлених із з’єднань алюмінієвого сплаву Д16 товщиною 2 мм отриманих АДЗНЕ та ЗТП. Зразки зварних з’єднань випробовувалися у вихідному стані із знятим кореневим підсиленням та повністю зачищеним підсиленням шва. Встановлено, що границя міцності зварних з’єднанні отриманих ЗТП перевищує відповідні значення АДЗНЕ.

Конструкційний дюралюмінієвий сплав (дюраль, дуралюмін) Д16 володіє високимихарактеристиками механічних властивостей. Дюралюміній залишається найважливішимсплавом для машинобудування та авіації. Дюралюміній Д16 поступається по міцності ікорозійної стійкості сплавів системи Al-Zn-Mg-Cu (В95, В95пч, В95оч), але перевершує поопору тріщиноутворенню при однакових відносно міцності напруженнях [1].Характеристики матеріалу Д16Застосування: для силових елементів конструкцій літаків, кузовів автомобілів, труб і тд.; длядеталей, що працюють при температурах до -230 градусів Цельсія.У табл.1 показано хімічний склад матеріалу [2].Таблиця 1. Хімічний склад в % матеріалу Д16.Fe Si Mn Cr Ti Al Cu Mg Zn Домішокдо 0,5 до 0,5 0,3-0,9 до 0,1 до0,1590,9-94,7 3,8-4,9 1,2-1,8До 0,25 Інші, кожна по0,05; всего 0,15Проблеми зварювання матеріалуДюралюмін має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високійтеплопровідності. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка йогоокиснюваність в твердому і рідкому станах. Оксид алюмінію не розчиняється ні у твердому, нів рідкому алюмінії. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишаєтьсяпісля застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметалідних включень. Цепорушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкістьзварного з'єднання [3]. Для вирішення цієї проблеми була запропонована технологіяаргонодугового зварювання неплавким електродом з підсиленням проволокою та безпідсилення. Але на даний момент авіація та машинобудування потребує кращих результатів. Вроботі запропоновано зварювання тертям з перемішуванням для підвищення границі міцностізварного шва в даному матеріалі.Аргонодугове зварювання неплавким електродомАргонодугове зварювання дає можливість ефективно захищати поверхні деталей, щоз'єднуються, а також зварювальної ванни від негативного впливу кисню. Аргон повністювитісняє кисень із зони виконання зварювання, через що даний процес протікає максимальноефективно. Електрод з вольфраму розташовується в центрі керамічного сопла, через яке в зонувиконання зварювальних робіт подається захисний газ. Принцип виконання зварювальнихробіт, які передбачають використання неплавкого електроду і захисного газу, полягає впідключенні маси до з'єднувальних деталей.Переваги технології:- висока якість сформованих зварних з'єднань, в швах яких відсутні пори і сторонні домішки;- шов, одержуваний при здійсненні аргонової зварки, відрізняється рівномірною глибиноюпроплавлення [4], [5].Зварювання тертям з перемішуваннямДля зварювання використовують інструмент в формі стрижня, що складається з двох основнихчастин: заплечика або бурту (потовщена частина) і наконечника (виступаюча частина). Розмірицих конструктивних елементів вибирають в залежності від товщини і матеріалу деталей, щозварюються. Довжину наконечника встановлюють приблизно рівною товщині деталі, щопідлягає зварюванню. Інструмент, що обертається з високою швидкістю, в місці стикуСекція ”ДИНАМІКА І МІЦНІСТЬ МАШИН”2вводиться до доторкання з поверхнею заготовок так, щоб наконечник увійшов в заготовки наглибину, приблизно рівну їх товщині, а заплечик торкнувся їх поверхні. Після цього інструментпереміщається по лінії з'єднання зі швидкістю зварювання. У результаті роботи сил тертявідбувається нагрівання металу до пластичного стану, перемішування його обертовимінструментом і витіснення в звільнений простір позаду інструменту, що рухається по лініїстику. Об’єм, в якому формується шов, обмежується зверху заплечиком інструменту. Післязакінчення зварювання обертовий інструмент виводять зі стику за межі заготовки. Можнавиділити наступні переваги зварювання тертям з перемішуванням:- в зоні зварювання краще зберігаються властивості основного металу в порівнянні зі способамизварювання плавленням;- відсутність шкідливих випарів і ультрафіолетового випромінювання в процесі зварювання;- можливість отримання бездефектних швів на сплавах, які при зварюванні плавленням схильнідо утворення гарячих тріщин і пористості в швах;- не потрібне використання присадочного матеріалу і захисного газу, видалення поверхностнихоксидів на кромках перед зварюванням, а також шлаку і бризок після зварювання;- відсутні втрати легуючих елементів металу при його зварюванні [6].Результати дослідженьБули проведені дослідження границі міцності сплаву Д16 в залежності від типу зварювання здотриманням ГОСТ 6996-66 [7] та ГОСТ 1497-84 [8]. У випробуваннях були використані такітипи зварювання: аргонодугове зварювання неплавким електродом без підсилення;аргонодугове зварювання неплавким електродом з підсиленням проволокою; зварюваннятертям з перемішуванням.Найбільш високі результати показало зварювання тертям з перемішуванням. Границя міцностізварного шва при цьому на багато більша, ніж при аргонодуговому зарюванні неплавкимелектродом. Можна зробити висновок, що запропонований спосіб зварювання найбільшепідходить для сплаву Д16 при навантаженнях на розтяг.

зварювання; аргонодугове зварювання; зварювання тертям з перемішуванням; міцність; границя міцності