Electric Pulse Treatment of Welded Joint of Aluminum Alloy
Loading...
Files
Date
2013
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпроопетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпроопетровськ
Abstract
EN: Purpose. Explanation of the redistribution effect of residual strengthes after electric pulse treatment of arc welding
seam of the aluminum alloy. Methodology. Alloy on the basis of aluminium of АК8М3 type served as the research
material. As a result of mechanical treatment of the ingots after alloy crystallization the plates with
10 mm thickness were obtained. After edge preparation the elements, which are being connected were butt welded
using the technology of semiautomatic argon arc welding by the electrode with a diameter of 3 mm of AK-5 alloy.
Metal structure of the welded joint was examined under the light microscope at a magnification of 200 and under the
scanning electronic microscope «JSM-6360 LA». The Rockwell hardness (HRF) was used as a strength characteristic
of alloy. Hardness measuring of the phase constituents (microhardness) was carried out using the device PМТ-3,
with the indenter loadings 5 and 10 g. The crystalline structure parameters of alloy (dislocation density, second kind
of the crystalline lattice distortion and the scale of coherent scattering regions) were determined using the methods
of X-ray structural analysis. Electric pulse treatment (ET) was carried out on the special equipment in the conditions
of the DS enterprise using two modes A and В. Findings. On the basis of researches the previously obtained microhardness
redistribution effect in the area of welded connection after ET was confirmed. As a result of use of the indicated
treatment it was determined not only the reduction of microhardness gradient but also the simultaneous
hardening effect in the certain thermal affected areas near the welding seam. During study of chemical composition
of phase constituents it was discovered, that the structural changes of alloy as a result of ET first of all are caused by
the redistribution of chemical elements, which form the connections themselves. By the nature of the influence the
indicated treatment can be comparable with the thermal softening technologies of metallic materials. Originality.
The observed structural changes of alloy and related to them microhardness change in the areas near the welding
seam after ET are conditioned by both the change of morphology of structural constituents and the redistribution of
chemical elements. In case of invariability of chemical elements correlation in the phase constituents of alloy the
reduction effect of gradient microhardness should be far less. Practical value. In practice, the negative effect of the
wares embrittlement made using the casting technologies, excluding the pressure casting and quite difficult selection
of chemical composition of alloy can be significantly reduced during the treatment of alloy with electric pulses.
UK: Мета. Пояснення ефекту перерозподілу залишкових напружень після електричної імпульсної обробки електродугового зварного шва алюмінієвого сплаву. Методика. Матеріалом для дослідження був сплав на основі алюмінію типу АК8М3. Пластини товщиною 10 мм отримували в результаті механічної обробки злитків після кристалізації сплаву. Після підготовки кромок з’єднувані елементи були зварені в стик за технологією напіватоматичного аргонно-дугового зварювання електродом діаметром 3 мм зі сплаву АК-5. Структуру металу зварного з’єднання досліджували під світловим мікроскопом при збільшенні 200 і за допомогою растрового скануючого електронного мікроскопа «JSM – 6360 LA». Як характеристика міцності сплаву була використана твердість за Роквеллом (HRF). Твердість фазових складових (мікротвердість) вимірювали, використовуючи прилад ПМТ-3, при навантаженнях на індентор 5 і 10 г. Параметри тонкої кристалічної будови сплаву (густина дислокацій, викривлення другого роду кристалічних грат і розмір областей когерентного розсіювання) визначали із застосуванням методик рентгеноструктурного аналізу. Електричну імпульсну обробку (ЕО) здійснювали на спеціальному устаткуванні в умовах підприємства «DS», за двома режимами – А і В. Результати. На основі виконаних досліджень був підтверджений раніше отриманий ефект перерозподілу мікротвердості в області зварного з’єднання після ЕО. У результаті використання зазначеної обробки було визначено не тільки зменшення градієнта мікротвердості, а й одночасний зміцнювальний ефект у певних зонах термічного впливу поблизу шва. Під час досліджень хімічного складу фазових складових було визначено, що структурні зміни сплаву в результаті ЕО в першу чергу зумовлені перерозподілом хімічних елементів, що утворюють самі з’єднання. За характером впливу зазначену обробку можна порівняти з термічними технологіями пом’якшення металевих матеріалів. Наукова новизна. Структурні зміни силуміну, що спостерігаються, і пов’язана з ними зміна мікротвердості в області зварного з’єднання поблизу шва після ЕО зумовлені не тільки зміною морфології структурних складових, а й перерозподілом хімічних елементів. У разі незмінності співвідношення хімічних елементів у фазових складових сплаву ефект зниження градієнта мікротвердості повинен бути значно меншим. Практична значимість. На практиці негативний ефект окрихнення виробів, виготовлених за ливарними технологіями, окрім лиття під тиском і досить складного підбору хімічного складу сплаву, може бути ефективно зниженим під час обробки сплаву електричними імпульсами.
RU: Цель. Объяснение эффекта перераспределения остаточных напряжений после электрической импульсной обработки электродугового сварочного шва алюминиевого сплава. Методика. Материалом для исследования служил сплав на основе алюминия типа АК8М3. Пластины толщиной 10 мм получали в результате механической обработки слитков после кристаллизации сплава. После подготовки кромок соединяемые элементы были сварены в стык по технологии полуатоматической аргонно-дуговой сварки електродом диаметром 3 мм из сплава АК-5. Структуру металла сварочного соединения исследовали под световым микроскопом при увеличении 200 и при помощи растрового сканирующего электронного микроскопа «JSM-6360 LA». В качестве прочностной характеристики сплава использовалась твердость по Роквеллу (HRF). Измерения твердости фазовых составляющих (микротвердость) осуществляли с применением прибора ПМТ-3 при нагрузках на индентор 5 и 10 г. Параметры тонкокристаллического строения металла сплава (плотность дислокаций, искажения второго рода кристаллической решетки и размер областей когерентного рассеивания) определяли с использованием методик рентгеноструктурного анализа. Электрическую импульсную обработку (ЭО) осуществляли на специальном оборудовании в условиях предприятия «DS» по двум режимам – А и В. Результаты. На основании проведенных исследований был подтвержден ранее полученный эффект перераспределения микротвердости в области сварочного соединения после ЭО. В результате использования указанной обработки обнаруживается не только уменьшение градиента микротвердости, но и одновременный упрочняющий эффект в определенных околошовных зонах термического влияния. При изучении химического состава фазовых составляющих было обнаружено, что наблюдаемые структурные изменения сплава в результате ЭО в первую очередь обусловлены перераспределением химических элементов, образующих сами соединения. По характеру влияния указанная обработка может быть сравнима с термическими технологиями разупрочнения металлических материалов. Научная новизна. Наблюдаемые структурные изменения силумина и связанное с ними изменение микротвердости в околошовной области сварочного соединения после ЭО обусловлены не только сменой морфологии структурных составляющих, но и перераспределением химических элементов, образующих сами соединения. В случае неизменности соотношения химических элементов в фазовых составляющих сплава эффект снижения градиента микротвердости должен быть менее значительным. Практическая значимость. На практике негативный эффект охрупчивания изделий, изготовленных по литейным технологиям, кроме литья под давлением и достаточно сложного подбора химического состава сплава, может быть эффективно снижен при обработке сплава электрическими импульсами.
UK: Мета. Пояснення ефекту перерозподілу залишкових напружень після електричної імпульсної обробки електродугового зварного шва алюмінієвого сплаву. Методика. Матеріалом для дослідження був сплав на основі алюмінію типу АК8М3. Пластини товщиною 10 мм отримували в результаті механічної обробки злитків після кристалізації сплаву. Після підготовки кромок з’єднувані елементи були зварені в стик за технологією напіватоматичного аргонно-дугового зварювання електродом діаметром 3 мм зі сплаву АК-5. Структуру металу зварного з’єднання досліджували під світловим мікроскопом при збільшенні 200 і за допомогою растрового скануючого електронного мікроскопа «JSM – 6360 LA». Як характеристика міцності сплаву була використана твердість за Роквеллом (HRF). Твердість фазових складових (мікротвердість) вимірювали, використовуючи прилад ПМТ-3, при навантаженнях на індентор 5 і 10 г. Параметри тонкої кристалічної будови сплаву (густина дислокацій, викривлення другого роду кристалічних грат і розмір областей когерентного розсіювання) визначали із застосуванням методик рентгеноструктурного аналізу. Електричну імпульсну обробку (ЕО) здійснювали на спеціальному устаткуванні в умовах підприємства «DS», за двома режимами – А і В. Результати. На основі виконаних досліджень був підтверджений раніше отриманий ефект перерозподілу мікротвердості в області зварного з’єднання після ЕО. У результаті використання зазначеної обробки було визначено не тільки зменшення градієнта мікротвердості, а й одночасний зміцнювальний ефект у певних зонах термічного впливу поблизу шва. Під час досліджень хімічного складу фазових складових було визначено, що структурні зміни сплаву в результаті ЕО в першу чергу зумовлені перерозподілом хімічних елементів, що утворюють самі з’єднання. За характером впливу зазначену обробку можна порівняти з термічними технологіями пом’якшення металевих матеріалів. Наукова новизна. Структурні зміни силуміну, що спостерігаються, і пов’язана з ними зміна мікротвердості в області зварного з’єднання поблизу шва після ЕО зумовлені не тільки зміною морфології структурних складових, а й перерозподілом хімічних елементів. У разі незмінності співвідношення хімічних елементів у фазових складових сплаву ефект зниження градієнта мікротвердості повинен бути значно меншим. Практична значимість. На практиці негативний ефект окрихнення виробів, виготовлених за ливарними технологіями, окрім лиття під тиском і досить складного підбору хімічного складу сплаву, може бути ефективно зниженим під час обробки сплаву електричними імпульсами.
RU: Цель. Объяснение эффекта перераспределения остаточных напряжений после электрической импульсной обработки электродугового сварочного шва алюминиевого сплава. Методика. Материалом для исследования служил сплав на основе алюминия типа АК8М3. Пластины толщиной 10 мм получали в результате механической обработки слитков после кристаллизации сплава. После подготовки кромок соединяемые элементы были сварены в стык по технологии полуатоматической аргонно-дуговой сварки електродом диаметром 3 мм из сплава АК-5. Структуру металла сварочного соединения исследовали под световым микроскопом при увеличении 200 и при помощи растрового сканирующего электронного микроскопа «JSM-6360 LA». В качестве прочностной характеристики сплава использовалась твердость по Роквеллу (HRF). Измерения твердости фазовых составляющих (микротвердость) осуществляли с применением прибора ПМТ-3 при нагрузках на индентор 5 и 10 г. Параметры тонкокристаллического строения металла сплава (плотность дислокаций, искажения второго рода кристаллической решетки и размер областей когерентного рассеивания) определяли с использованием методик рентгеноструктурного анализа. Электрическую импульсную обработку (ЭО) осуществляли на специальном оборудовании в условиях предприятия «DS» по двум режимам – А и В. Результаты. На основании проведенных исследований был подтвержден ранее полученный эффект перераспределения микротвердости в области сварочного соединения после ЭО. В результате использования указанной обработки обнаруживается не только уменьшение градиента микротвердости, но и одновременный упрочняющий эффект в определенных околошовных зонах термического влияния. При изучении химического состава фазовых составляющих было обнаружено, что наблюдаемые структурные изменения сплава в результате ЭО в первую очередь обусловлены перераспределением химических элементов, образующих сами соединения. По характеру влияния указанная обработка может быть сравнима с термическими технологиями разупрочнения металлических материалов. Научная новизна. Наблюдаемые структурные изменения силумина и связанное с ними изменение микротвердости в околошовной области сварочного соединения после ЭО обусловлены не только сменой морфологии структурных составляющих, но и перераспределением химических элементов, образующих сами соединения. В случае неизменности соотношения химических элементов в фазовых составляющих сплава эффект снижения градиента микротвердости должен быть менее значительным. Практическая значимость. На практике негативный эффект охрупчивания изделий, изготовленных по литейным технологиям, кроме литья под давлением и достаточно сложного подбора химического состава сплава, может быть эффективно снижен при обработке сплава электрическими импульсами.
Description
I. Vakulenko: ORCID 0000-0002-7353-1916; Yu. Nadezhdin: ORCID 0000-0003-1805-4616; V. Sokirko: ORCID 0000-0001-7051-6254; I. Volchok: ORCID 0000-0003-1580-0556
Keywords
hardness, phase, chemical compound, silumin, welding seam, твердість, фаза, хімічна сполука, силумін, зварний шов, твердость, фаза, химическое соединение, силумин, сварочный шов, КМТ
Citation
Electric Pulse Treatment of Welded Joint of Aluminium Alloy / I. A. Vakulenko [и др.] // Наука та прогрес транспорту. – 2013. – № 4 (46). – P. 73–82. – Библиогр. в конце ст. – doi: 10.15802/stp2013/16584.