Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве

Статья

Наименование Обеспечение технологичности конструкций при сварке трением с перемешиванием на стадии выбора материалов. Часть 1: Общие принципы
Авторы Харламов Ю. А., д. т. н., проф.
Денисова Н. А., к. т. н., доц.
Петров П. А., к. т. н., доц.
Орлов А. А., ст. преп.
Раздел Машиностроение
Год 2023 Выпуск 76 Страницы 51 - 62
УДК 621.658.512(035) EDN MOEAZQ
Аннотация Показана взаимосвязь процессов расширения современных конструкционных материалов с улучшенными эксплуатационными и другими свойствами с развитием методов их обработки и получения неразъемных соединений, прежде всего сварных. Представлены рекомендации по выбору критериев для комплексного подбора основных материалов конструкций. Описаны ограничения применения традиционных способов сварки плавлением для создания высокотехнологичных конструкций и перспективность более широкого внедрения сварки трением с перемешиванием. Кратко рассмотрены и проанализированы особенности формирования сварных соединений при сварке трением с перемешиванием (СТП) с учетом протекающих тепловых, металлургических, термодеформационных процессов, взаимодействия материалов с их схватыванием, а также фазовых и структурных превращений в металлах. Рассмотрены представления о технологической свариваемости при СТП и выборе рациональных режимов сварки. Рассмотрен алгоритм выбора материала конструкции при сварке трением с перемешиванием.
Реферат Цель. Анализ особенностей, преимуществ и недостатков сварки трением с перемешиванием и на их основе разработка рекомендаций по выбору основных материалов проектируемых сварных изделий с учетом их производственной технологичности.
Методика. Рассмотрен алгоритм выбора материала конструкции при сварке трением с перемешиванием. Конструкция подвергается тщательной технологической проработке для подготовки к серийному производству, включая разработку технологии сварки, выбор оборудования, подготовку производственных процессов и т. д.
Результаты. Рассмотрены особенности выбора современных материалов с улучшенными свойствами для конструкций со сварными соединениями. При выборе материалов соединений, получаемых сваркой трением с перемешиванием, следует учитывать технологические особенности, преимущества и недостатки этого способа. Применение сварки трением с перемешиванием открывает широкие возможности внедрения более эффективных материалов с улучшением показателей технологичности сварных конструкций на всех этапах их жизненного цикла.
Научная новизна. В данной статье предложена методика выбора материала и проектирования сварных конструкций, которая позволяет создавать изделия заданной надежности при минимальной их стоимости. Методика учитывает условия эксплуатации, требуемые характеристики изделия, свариваемость материала, параметры сварных соединений и прочностные характеристики конструкции.
Практическая значимость. Предложенная методика может быть использована проектными организациями и производителями при разработке и производстве сварных конструкций. Это позволит повысить эффективность использования материалов, снизить стоимость изделий, а также обеспечить их надежность и долговечность.
Ключевые слова конструкционные материалы, неразъемные соединения, сварной шов, способы сварки плавлением, технологическая свариваемость, технологичность конструкций.
Финансирование
Список источников
1. Albiñana J. C., Vila C. A framework for concurrent material and process selection during conceptual product design stages // Materials and design. 2012. № 41. P. 433–446.
2. Ashby M. F. Materials selection in mechanical design. Third ed. Butterworth-Heinemann, 2005. 602 p.
3. A comprehensive review of friction stir techniques in structural materials and alloys: challenges and trends / D. A. P. Prabhakar [et al.] // Journal of materials research and technology. 2022. № 20. P. 3025–3060.
4. Magalhães V. M., Leitão C., Rodrigues D. M. Friction stir welding industrialisation and research status // Science and technology of welding and joining, 2018. 23:5. P. 400–409. DOI: 10.1080/13621718.2017.1403110
5. Получение сварного соединения пластин из титановых сплавов методом сварки трением с перемешиванием / И. К. Черных [и др.] // Динамика систем, механизмов и машин. 2018. Т. 6. № 1. С. 198–207.
6. Mishra R. S., Ma Z. Y. Friction stir welding and processing // Materials Science and Engineering. 2005. R 50. P. 1–78. DOI: 10.1016/j.mser.2005.07.001.
7. Vilaça P., Gandra J., Vidal C. Linear Friction based processing technologies for aluminum alloys: surfacing, stir welding and stir channeling. Chapter 7 // Aluminium alloys — new trends in fabrication and applications / ed. by Zaki Ahmad. IntechOpen, 2012. P. 159–197.
8. Стаценко В. Н., Негода Е. Н., Сухорада А. Е. Исследование тепловложения и температурных полей при сварке трением с перемешиванием // Вестник инженерной школы ДВФУ. 2017. № 3 (32). С. 150–154.
9. Friction stir welding/processing of metals and alloys: A comprehensive review on microstructural evolution / A. Heidarzadeh [et al.] // Progress in materials science. 2021. № 117 (100752). P. 68.
10. Сотников А. Л., Муховатый А. А., Орлов А. А. Классификация методов неразрушающего контроля сварных соединений из меди, полученных сваркой трением с перемешиванием // Сварка и диагностика. 2022. № 3. С. 19–24. DOI: 10.52177/2071-5234_2022_03_19
11. Understanding the material flow path of friction stir welding process using unthreaded tools / O. Lorraina, V. Favierb, H. Zahrounic, D. Lawrjaniecd // Journal of materials processing technology. 2010. № 210 (4). P. 603–609.
12. Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У / А. И. Амиров [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2022. Т. 24. № 4. С. 53–63. DOI:10.17212/1994-6309-2022-24.4-53-63
13. Колубаев Е. А. Особенности формирования структуры сварного соединения, полученного сваркой трением с перемешиванием // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 1–2.
14. Барахтин Б. К., Высоцкая М. А. Применение системного анализа структуры для оптимизации режимов сварки трением с перемешиванием // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общ. ред. В. М. Самсонова, Н. Ю. Сдобнякова. Тверь: Твер. гос. ун-т, 2015. Вып. 7. С. 83–96.
15. A review on friction stir technology / Shubham Wadekar, Ravi Soladhra, Hemant Barkade, Nilkanth Thombare // International conference on ideas, impact and innovation in mechanical engineering (ICIIIME 2017). 2017. Vol. 5 Iss. 6. P. 1542–1549.
16. Способы повышения качества швов, полученных при помощи сварки трением с перемешиванием / И. Л. Чекалин, И. К. Черных, Е. В. Кривонос, Е. В. Васильев // Омский научный вестник. 2017. № 5 (155). С. 43–46.
17. Бойцов А. Г., Качко В. В., Курицын Д. Н. Высокоскоростная сварка трением перемешиванием авиационных материалов и конструкций // Металлообработка. 2013. № 5–6 (77–78). С. 35–42.
18. Modi S., Stevens M., Chess M. Mixed material joining advancements and challenges // Center for automotive research, Ann Arbor, MI. May 2017. 29 p.
19. A review on advanced joining techniques of multi material part manufacturing for automotive industry / Celalettin Yuce, Fatih Karpat, Nurettin Yavuz, Oguz Dogan // International journal of mechanical and production engineering. 2015. Vol. 3. Iss. 5. Р. 63–68.
20. Thomas W. M., Nicholas E. D. Friction stir welding for the transportation industries // Materials & Design. 1997. Vol. 18. Nos. 4/6. P. 269–273.
Полный текст