АО «АРКОНИК СМЗ», Москва, Россия:

А. М. Дриц, директор по развитию бизнеса и новых технологий, эл. почта: Alexander.Drits@arconic.com

ФГБОУ ВО «Московский политехнический университет», Москва, Россия:

В. В. Овчинников, профессор кафедры «Материаловедение»

ЗАО ЧП «Сеспель», Чебоксары, Россия:

В. А. Бакшаев, директор

Определены оптимальные параметры режимов сварки трением с перемешиванием (СТП), широко используемых при изготовлении сварных конструкций алюминиевых сплавов различных систем легирования толщиной 3,0–8,0 мм. Показано, что при СТП листовых алюминиевых сплавов качественное формирование швов можно обеспечить за счет правильного выбора глубины погружения инструмента в свариваемый металл, частоты вращения инструмента и скорости его линейного перемещения вдоль стыка или скорости сварки. Предложено в качестве параметра режима СТП, определяющего ввод тепла в зону формирования шва, использовать длину линейного перемещения инструмента вдоль стыка за один его оборот. Определен диапазон оптимальных соотношений, выражающих длину линейного перемещения инструмента вдоль стыка за один его оборот, в котором обеспечивается качественное формирование швов сплавов системы легирования Al – Mg, а также алюминиевых сплавов других систем легирования. Показано, что условия пластического деформирования металла в зоне образования неразъемного соединения определяются температурой его нагревания и скоростью деформирования, которые зависят от частоты вращения инструмента и скорости его линейного перемещения вдоль стыка. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили, что качественное формирование швов при СТП алюминиевых сплавов обеспечивается при разных значениях этих параметров. Согласно полученным расчетам, высокая температура при СТП достигается там, где алюминиевый сплав находится в контакте с вращающимся заплечиком инструмента. Температура алюминиевого сплава 1565ч в месте контакта с вращающимся заплечиком инструмента может достигать 620–648 ^оC, т. е. в зоне контакта заплечика рабочего инструмента с поверхностью свариваемых заготовок возможно формирование тонкого слоя металла в твердо-жидком состоянии. Алюминиевый сплав 1565ч успешно сваривается при достаточно высоких скоростях сварки. Для сплава 1565ч оптимальное соотношение Vсв /N находится в диапазоне 0,04–0,38 мм/об. То есть скорость сварки может изменяться в пределах 4–18 м/ч при частоте вращения инструмента 1200 об/мин или 8–34 м/ч при 2000 об/мин. Для получения качественных соединений на более прочных алюминиевых сплавах, содержащих значительное количество легирующих и модифицирующих элементов, необходимо при СТП снижать скорость сварки. При использовании для СТП инструмента с малым диаметром заплечика объема пластифицированного металла может оказаться недостаточно для полного заполнения освобождающегося позади инструмента пространства, что приведет к образованию в швах дефектов в виде несплавления.

1. Arbegast W. J. Friction stir welding after a decade of development // Welding Journal. 2006. No. 3. P. 28–35.
2. Ищенко А. Я., Подъельников С. В., Покляцкий А. Г. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов (обзор) // Автоматическая сварка. 2007. № 11. С. 32–38.
3. Ding J. et al. Friction stir welding flies high at NASA // Welding Journal. 2006. No. 3. P. 54–59.
4. Okamura H., Aota K., Ezumi M. Friction stir welding of aluminum alloy and application to structure // Journal of Japan Institute of Light Metals. 2000. No. 4. P. 166–172.
5. Овчинников В. В., Дриц А. М., Малов Д. В. Особенности сварки листов сплава 1565ч в нагартованном состоянии // Заготовительные производства в машиностроении. 2014. № 11. С. 8–14.
6. Овчинников В. В. Технологические особенности сварки трением с перемешиванием алюминиевых и магниевых сплавов (обзор) // Машиностроение и инженерное образование. 2016. № 4. С. 22–45.
7. Lanciotti A., Vitali F. Characterisation of friction welded joints in aluminium alloy 6082-T6 plates // Welding International. 2003. No. 8. P. 624–630.
8. Дриц А. М., Овчинников В. В., Малов Д. В. Двухпроходная сварка трением с перемешиванием листов из сплава 1565чМ // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. № 6. С. 36–42.
9. Дриц А. М., Овчинников В. В. Механические свойства сварных соединений листов из сплава 1565чНН // Технология легких сплавов. 2014. № 12. С. 32–39.
10. Hassan A. A. et al. Effect of welding parameters on nugget zone microstructure and properties in high strength aluminum alloy friction stir welds // Science and Technology of Welding and Joining. 2003. No. 4. P. 257–268.
11. Малофеев С. С., Кулицкий В. А. Структура и механические свойства сварных швов сплава 1570С, полученных сваркой трением с перемешиванием // Металлы. 2012. № 5. С. 94–99.
12. Дриц А. М., Овчинников В. В. Свойства соединений листов алюминиевых сплавов, выполненных сваркой трением с перемешиванием // Заготовительные производства в машиностроении. 2015. № 10. С. 7–15.
13. Colegrove P. A., Shercliff H. R. Experimental and numerical analysis of aluminium alloy 7075-T7351 friction stir welds // Science and Technology of Welding and Joining. 2003. No. 5. P. 360–368.
14. Рязанцев В. И., Мацнев В. Н., Конкевич В. Ю. Сварка трением с перемешиванием деформируемых и литейных алюминиевых сплавов // Авиационная промышленность. 2004. № 4. С. 33–36.
15. Овчинников В. В., Дриц А. М., Малов Д. В. Механические свойства сварных соединений сплавов 1565чМ и 1460Т1 в разноименном сочетании, полученных сваркой трением с перемешиванием // Заготовительные производства в машиностроении. 2015. № 6. С. 11–17.
16. ГОСТ 6996–66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. — Введ. 1967–01–01.