Статья
| Наименование | Обеспечение технологичности конструкций при сварке трением с перемешиванием на стадии выбора материалов. Часть 4: Свариваемость медных, никелевых и специальных сплавов | ||||
| Авторы |
|
||||
| Раздел | Машиностроение | ||||
| Год | 2024 | Выпуск | 78 | Страницы | 60 - 74 |
| УДК | 621.658.512(035) | EDN | LFMBNL | ||
| Аннотация | Статья продолжает рассмотрение вопросов технологичности сборных конструкций, получаемых сваркой трением с перемешиванием. В предыдущих частях рассматривалась свариваемость сплавов на основе алюминия, магния и титана, а также конструкционных сталей. Данная часть статьи посвящена рассмотрению свариваемости трением с перемешиванием сплавов на основе меди, никеля и других (специальных). Кратко рассмотрены области и перспективы применения этих сплавов. Показаны преимущества технологии сварки трением с перемешиванием по сравнению с традиционными и специальными методами сварки плавлением. Систематизирована опубликованная информация о толщине свариваемых заготовок, применяемом инструменте и основных параметрах режимов технологических процессов. Из специальных рассмотрены вопросы сварки трением с перемешиванием сплавов: никеля-меди, железа-никеля, меди-серебра-циркония, никеля-титана с памятью формы, высокоэнтропийных сплавов. | ||||
| Реферат | Цель. Обобщение результатов разработки и изучения технологических процессов сварки трением с перемешиванием деталей и заготовок из сплавов меди и никеля, а также специальных сплавов и подготовка рекомендаций для обеспечения технологичности проектируемых сварных конструкций.
Методика. Методика научной статьи заключается в рассмотрении вопросов технологичности сборных конструкций, получаемых сваркой трением с перемешиванием, и свариваемости сплавов на основе различных металлов. Основное внимание уделяется анализу свариваемости трением с перемешиванием сплавов на основе меди, никеля и других «специальных» металлов. Преимущества технологии сварки трением с перемешиванием сравниваются с традиционными и специальными методами сварки плавлением. Также в статье систематизирована информация о параметрах технологических процессов, включая толщину свариваемых заготовок, и применяемом инструменте. Заключительная часть статьи рассматривает вопросы сварки трением с перемешиванием различных комбинаций сплавов, таких как никель-медь, железо-никель, медь-серебро-цирконий, никель-титан с памятью формы, высокоэнтропийные сплавы. Результаты. 1. Применение сварки трением с перемешиванием существенно расширяет возможности создания сварных конструкций из сплавов на основе меди и никеля, а также специальных сплавов, трудно свариваемых методами сварки плавлением. Более высокие механические свойства получаемых соединений позволяют снизить материалоемкость выпускаемых изделий из этих сплавов за счет уменьшения массы расчетных сечений. 2. Сварка сплавов на основе меди, никеля и специальных сплавов между собой в значительной мере может облегчить решение конструкторских задач при создании сложных изделий различного назначения. 3. Использование сварки трением с перемешиванием позволяет упростить конструкции изделий и узлов из сплавов меди и никеля, а также из специальных сплавов путем замены механических неразъемных соединений на сварные. 4. Разработка и освоение технологий сварки трением с перемешиванием деталей из сплавов меди и никеля, а также специальных сплавов требует создания инструментов из материалов с более высокой теплостойкостью, прочностью и износостойкостью, обладающих достаточной стойкостью при сварке протяженных швов. 5. Из-за отсутствия доступной информации в литературе требуется дальнейшая работа по обобщению разработок и исследований сварки трением с перемешиванием сплавов меди и никеля и других специальных сплавов для создания общетехнических рекомендаций по выбору этих сплавов с учетом их свариваемости. Научная новизна. Систематизация и анализ существующих данных о технологии сварки трением с перемешиванием применительно к различным типам металлов и сплавов. Авторы продолжают изучение вопросов технологичности и эффективности данной методики в сравнении с традиционными методами сварки плавлением, уделяя особое внимание применению этой технологии для создания бездефектных соединений. Практическая значимость. На основе проведенного анализа определяются перспективы использования данной технологии в различных отраслях промышленности, а также предлагаются рекомендации по оптимизации параметров технологических процессов сварки трением с перемешиванием для различных типов сплавов. |
||||
| Ключевые слова | бездефектные соединения, дефекты сварки, инструмент для сварки трением с перемешиванием, подача, прочность, свариваемость сплавов, скорость вращения. | ||||
| Финансирование | |||||
| Список источников |
1. Исследование влияния параметров режима сварки трением с перемешиванием меди на механические свойства и электропроводность сварных соединений / В. В. Атрощенко [и др.] // Frontier Materials & Technologies. 2022. № 3. С. 50–60. DOI: 10.18323/2782-4039-2022-3-1-50-60
2. Friction stir welding of copper: numerical modeling and validation / P. Sahlot, A. K. Singh, V. Badheka, A. Arora // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2019. Vol. 72. № 5. P. 1339–1347. DOI: 10.1007/s12666-019-01629-9
3. Friction stir welding of copper: Processing and multi-objective optimization / G. Singh, A. Thakur, S. Singh, N. Sharma // Indian Journal of Engineering and Materials Sciences. 2020. Vol. 27. № 3. P. 709–716.
4. Shen J. J., Liu H. J., Cui F. Effect of welding speed on microstructure and mechanical properties of friction stir welded copper // Materials and Design. 2010. Vol. 31. № 8. P. 3937–3942. DOI: 10.1016/j.matdes.2010.03.027
5. Hwang Y. M., Fan P. L., Lin C. H. Experimental study on Friction Stir Welding of copper metals // Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. № 12. P. 1667–1672. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2010.05.019
6. Farrokhi H., Heidarzadeh A., Saeid T. Frictions stir welding of copper under different welding parameters and media // Science and Technology of Welding and Joining. 2013. Vol. 18. № 8. P. 697–702. DOI: 10.1179/1362171813Y.0000000148
7. Современное состояние и перспективы развития сварки изделий из меди трением с перемешиванием / В. В. Атрощенко [и др] // Сварка и диагностика. 2021. № 2. С. 39–42. DOI: 10.52177/2071-5234_2021_02_39
8. Kumar A., Raju L.S. Influence of tool pin profiles on friction stir welding of copper // Materials and Manufacturing Processes. 2012. Vol. 27. № 12. P. 1414–1418. DOI: 10.1080/10426914.2012.689455
9. Особенности формирования соединений при сварке трением с перемешиванием меди / А. С. Селиванов [и др.] // Инновационное и цифровое машиностроение: материалы Всероссийской научно-технической конференции «Станкостроение и цифровое машиностроение», Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития сварочного производства России» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа: УГАТУ, 2021. URL: https://ugatu.su/media/uploads/MainSite/Ob%20universitete/Izdateli/El_izd/innov-i-tsifr-mashinostr.pdf.
10. Nakata K. Friction stir welding of copper and copper alloys // Welding International. 2005. № 19 (12). P. 929–933.
11. Разработка сварочного инструмента и режимов сварки электротехнических шин из меди М1 способом сварки трением с перемешиванием / А. Л. Сотников [и др.] // Сварочное производство. 2023. № 6. С. 40–45. DOI: 10.34641/SP.2023.1063.6.051
12. Pashazadeh H., Teimournezhad J., Masoumi A. Numerical investigation on the mechanical, thermal, metallurgical and material flow characteristics in friction stir welding of copper sheets with experimental verification // Materials and Design. 2014. № 55. P. 619–632.
13. Lee W.-B., Jung S.-B. The joint properties of copper by friction stir welding // Materials Letters. 2004. Vol. 58. № 6. P. 1041–1046. DOI: 10.1016/j.matlet.2003.08.014
14. Verma S. M., Misra J. P. A Critical Review of Friction Stir Welding Process // DAAAM International Scientific Book. Vienna, Austria: DAAAM International, 2015. Chapter 22. P. 249–266. DOI: 10.2507/daaam.scibook.2015.22
15. Xie1 G. M, Ma Z. Y., Geng1 L. Effects of Friction Stir Welding Parameters on Microstructures and Mechanical Properties of Brass Joints // The Japan Institute of Metals: Materials Transaction. 2008. Vol. 49. № 7. P. 1698–1701.
16. Lee W., Jung, S. B. The joint properties of copper by friction stir welding // Materials Letters. 2004. № 58. P. 1041–1046.
17. Effect of friction stir welding (FSW) parameters on strain hardening behaviour of pure copper joints / H. Khodaverdizadeh, A. Mahmoudi, A. Heidarzadeh, E. Nazari // Materials and Design. 2012. № 35. P. 330–334.
18. Lin W. J., Chang H. C., Wu M. H. Comparison of mechanical properties of pure copper welded using friction stir welding and tungsten inert gas welding // J. of Manufacturing Processes. 2014. № 16. P. 296–304.
19. Meran C. The Joint Properties of Brass Plates by Friction Stir Welding // Materials & Design. 2006. № 27. P. 719–726.
20. Akbar Heidarzadeh, Tohid Saeid. On the effect of β phase on the microstructure and mechanical properties of friction stir welded commercial brass alloys // Data in Brief. 2015. P. 1022–1025.
21. Effect of Process Parameters on Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Welded Cast Nickel Aluminum Bronze Alloy (C95800) / S. Siva, S. Sampathkumar, J. Sudha, R. M. Anirudh // Materials Research. 2018. № 21 (3): e20170603. 13 p. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2017-0603
22. Lim Y., Lee K., Moon S. Effects of a Post-Weld Heat Treatment on the Mechanical Properties and Microstructure of a Friction-Stir-Welded Beryllium-Copper Alloy // Metals. 2019. № 9 (461). 14 p. DOI: 10.3390/met9040461
23. 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. 68 p.
24. Hamid Reza Sadeghi, Kamran Amini, Farhad Gharavi. Effect of tool offset on microstructure and mechanical properties of dissimilar copper-brass friction stir welding // Metall. Res. Technol. 2021. № 118. 307. 9 p.
25. Evaluation of the microstructure and mechanical properties of friction stir-welded copper/brass dissimilar joints / Farhad Gharavi, Iman Ebrahimzadeh, Kamran Amini, Pourya Darya // Materials Research Express. 2018. № 5 (7). 076517. 19 p. DOI: 10.1088/2053-1591/aacf20
26. Sorensen C. D., Nelson T. W. Friction Stir Welding of Ferrous and Nickel Alloys // Friction Stir Welding and Processing. 2007. 05112G. P.111–121.
27. Hari Venkit, Senthil Kumaran S. A review on friction stir welding of inconel alloys // Journal of Critical Reviews. 2020. Vol. 7. Iss. 19. P. 4361–4371.
28. Optimizational study of friction welding of steel tube to aluminum tube plate using an external tool process / C. V. Kumar, S. Muthukumaran, A. Pradeep, K. S.Senthil // International Journal of Mechanical and Materials Engineering. 2011. Vol. 6–2. P. 300–306.
29. Ye F., Fujii H., Tsumura T. Friction stir welding of Inconel alloy 600 // J. Mater. Sci. 2006. Vol. 41 (16). P. 5376–5379.
30. Song K. H, Nakata K. Effect of welding speed on microstructural and mechanical properties of friction stir welded Inconel 600 // Mater. Design. 2009. Vol. 30 (10). P. 3972–3978.
31. Song K., Chung Y., Nakata K. Evaluation of Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Lap Jointed Inconel 600/SS 400 // Metals and Materials International. 2012. Vol. 35. P. 126–132.
32. Song K. H., Nakata K. Effect of precipitation on post heat-treated Inconel 625 alloy after friction stir welding // Mater. Design. 2010. Vol. 31 (6). P. 2942–2947.
33. Song K. H, Nakata K. Mechanical properties of friction stir welded Inconel 625 alloy // Mater. Trans. 2009. Vol. 50 (10). P. 2498–2501.
34. Senthil Kumaran S., Muthukumaran S., Chandrasekhar R. C. Suitability of friction welding of tube to tube plate using an external tool process for different tube diameters // A study. Experimental Techniques. 2013. Vol. 37 (6). P. 8–14.
35. Lemos G. V. B., Farina A. B., Martinazzi D. O efeito da velocidade de rotação da ferramenta na soldagem por fricção e mistura mecânica da liga inconel 625 // ABM Week: 71° Congresso Anual ABM, Rio de Janeiro. 2016. DOI: 10.5151/1516-392X-28078
36. Ahmed M. M. Z., Wynne B. P., Martin J. P. Effect of friction stir welding speed on mechanical properties and microstructure of nickel based super alloy Inconel 718 // Sci. Technol. Weld. Join. 2013. Vol. 18 (8). P. 680–687.
37. Das H., Mondal M., Hong S. T., Lee J. W., Cho H. H. Texture and precipitation behavior of friction stir welded Inconel 825 alloy // Materials Today Communications. 2020. № 25 (5):101295.
38. Song K. H., Tsumura T., Nakata K. Development of microstructure and mechanical properties in laser-FSW hybrid welded Inconel 600 // Mater. Trans. 2009. Vol. 50 (7). P. 1832–1837.
39. Mitigating the susceptibility to intergranular corrosion of alloy 625 by friction-stir welding / Guilherme Vieira Braga Lemos [et al.] // Scientific Reports. 2022. № 12: 3482. 10 p.
40. High-resolution EBSD characterisation of friction stir welded nickel-copper alloy: effect of the initial microstructure on microstructural evolution and mechanical properties / Heidarzadeh A., Ali Chabok, Reza Taherzadeh Mousavian, Yutao Pei // Philosophical Magazine. 2020. № 100: 3. P. 337–352. DOI: 10.1080/14786435.2019.1680889
41. Microstructure and properties of friction stir welded high strength Fe–36 wt%Ni Alloy / Yue Zh., Yutaka S. S., Kokawa H., Wu A. // Materials Science and Engineering A. 2011. № 528. P. 7768–7773.
42. Nan Xu, Qining Song, Ye-feng Bao. Microstructure and mechanical properties’ modification of friction stir welded Invar 36 alloy joint // Science and Technology of Welding and Joining. 2019. № 24: 1. P. 79–82. DOI: 10.1080/13621718.2018.1490104
43. Jasthi B. K., Arbegast W. J., Howard S. M. Thermal Expansion Coefficient and Mechanical Properties of Friction Stir Welded Invar (Fe-36%Ni) // Journal of Materials Engineering and Performance. 2009. № 18. P. 925–934. DOI: 10.1007/s11665-008-9320-7
44. Part I: Friction stir welding of equiatomic nickel titanium shape memory alloy — microstructure, mechanical and corrosion behavior / Parker W. [et al.] // Journal of Advanced Joining Processes. 2021. № 4. 100071. 18 р. DOI: 10.1016/j.jajp.2021.100071
45. Mani Prabu S. S., Palani I. A. Investigations on the actuation behaviour of friction stir-welded nickel titanium shape memory alloy using continuous fibre laser // Journal of Micromanufacturing. 2022. № 5 (2). P. 137–143. DOI: 10.1177/25165984211015409
46. Обзор исследований сплавов, разработанных на основе энтропийного подхода / З. Б. Батаева [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т. 23. № 2. С. 116–146. DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.2-116-146
47. Richter T., Schroepfer D., Rhode M. Residual Stresses in a High- and a Medium-Entropy Alloy due to TIG and Friction Stir Welding // J. Manuf. Mater. Process. 2022. № 6. 147. 11 p. DOI: 10.3390/jmmp6060147
|
||||
| Полный текст |
|
||||