Особенности и преимущества процесса сварки трением с перемешиванием стыковых соединений тонколистовых алюминиево-литиевых сплавов

Abstract

В статье проанализированы структурные особенности, характеристики прочности и долговечности тонколистовых соединений алюминиево-литиевых сплавов 1420 и 1460, полученных аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом и сваркой трением с перемешиванием. Показано, что применение сварки трением с перемешиванием обеспечивает формирование неразъемных соединений с минимальным уровнем концентрации напряжений в местах перехода от шва к основному материалу и позволяет избежать в швах дефектов в виде пор, макровключений оксидной плены и горячих трещин, обусловленных расплавлением и кристаллизацией металла при сварке плавлением. При этом в результате интенсивной пластической деформации металла под буртом инструмента и в ядре шва формируется мелкокристаллическая (3…4 мкм) однородная дезориентированная структура, а на прилегающих участках происходит удлинение и искривление зерен в направлении перемещения пластифицированного металла. Вследствии этого повышаются твердость и предел прочности металла шва соединений. Снижение температуры нагрева свариваемых кромок обеспечивает уменьшение максимального уровня растягивающих остаточных продольных напряжений в сварных соединениях по сравнению с аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом. Установлено, что характеристики сопротивления усталости стыковых сварных соединений, выполненных сваркой трением с перемешиванием, превышают характеристики соединений, выполненных аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом.

The paper analyzes the structural features, strength and fatigue life properties of sheet joints of Al–Li alloys 1420 and 1460, produced by nonconsumable-electrode argon-arc welding and friction stir welding. It is shown that application of FSW provides formation of permanent joints with minimum level of stress concentration in the points of weld transition to base material and allows avoiding defects in welds in the form of pores, oxide film macroinclusions or hot cracks due to melting and solidification of metal in fusion welding. Here, intensive plastic deformation of metal under the tool shoulder and in weld nugget results in formation of fine-crystalline (3–4 µm) uniform disoriented structure, and grain elongation and distortion in the direction of plasticized metal displacement proceed in adjacent sections. This leads to increase of hardness and ultimate strength of joint weld metal. Lowering of the temperature of heating of the edges being welded provides reduction of maximum level of tensile residual longitudinal stresses in welded joints, compared to TIG welding. It is found that fatigue resistance characteristics of butt welded joints, made by FSW, are superior to those of the joints, made by TIG welding.