Исследование вибрационной прочности сварных соединений алюминиевого сплава Д16, выполненных контактной точечной сваркой

Цель исследования. Разработать, провести апробацию методики и выполнить экспериментальное исследование вибрационной прочности сварных соединений алюминиевого сплава Д16, выполненных контактной точечной сваркой.

Методы. Образцы для испытаний изготавливались из листовых заготовок алюминиевого сплава Д16 толщиной 1 мм посредством контактной точечной сварки. Особенностью предложенной схемы испытаний является реализация симметричного цикла нагружения. В процессе испытаний фиксировалось количество циклов до разрушения в зависимости от размаха колебаний. Для исключения винтового изгиба после вырезки проводился отжиг и термомеханическая правка. После снятия заусенцев и притупления острых кромок проводилась подготовка поверхности заготовок под сварку – химическое травление. Сварка образцов проводилась на машине для точечной сварки TECNA 8214N. Ток сварки составлял 30 кА, продолжительность сварки 0,1 с, усилие на электродах 180 даН. Статическую прочность сварного соединения на срез исследовали на разрывной машине УТС 110М-5 1-У. Усилие разрушения составило 3,66 кН. Особенностью предложенной схемы испытаний является реализация симметричного цикла нагружения. В процессе испытаний фиксировалось количество циклов до разрушения в зависимости от размаха колебаний.

Результаты. В результате статистической обработки результатов исследования получена математическая зависимость линейного вида между логарифмами количеств циклов до разрушения и величиной размаха колебаний. В зависимости от размаха колебаний выявлены характерные зоны разрушения. Для обеспечения возможности сопоставления результатов вибрационной прочности, полученных при различных условиях закрепления образцов, предложено в качестве ординаты использовать размах виброперемещения на единицу длины образца.

Заключение. Предложена и апробирована методика исследования вибрационной прочности соединений, полученных контактной точечной сваркой, в условиях реализации симметричного цикла нагружения. Для исследованных образцов равноправность сварного соединения основному металлу достигается при значении логарифма отношения размаха виброперемещения на единицу длины образца равного 0,01.

1. A review on resistance spot welding of aluminum alloys / Sunusi Marwana Manladan, Farazila Yusof, S. Ramesh, Fadzil Jamaludin, Zhen Luo, Sansan Aо. // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017.90. Р.605–634.

2. Parametric Optimization for Resistance Spot-Welded Thin-Sheet Aluminium Alloy 5052-H32 / Abioye T.E., Anas N.M., Irfan M.K., Anasyida A. S., Zuhailawati H. // Arabian Journal for Science and Engineering. 44. 7617–7626 (2019).

3. Study on the Weld-Bonding Process Optimization and Mechanical Performance of Aluminum Alloy Joints / Mingfeng Li, Yanjun Wang, Zhen Niu, Shanglu Yang // Automotive Innovation. 2020. Vol. 3. P. 221–230.

4. Karimi M.R., Sedighi M., Afshari D. Thermal contact conductance effect in modeling of resistance spot welding process of aluminum alloy 6061-T6 // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 77. No. 5-8. P. 885–895.

5. Астафьева Н. А., Бузин А. С. Исследование влияния видов предварительной обработки на качество сварных облегченных конструкций из алюминиевых сплавов // Вестник ИрГТУ. 2018. №7 (138). С.10-18.

6. Parameter optimisation and failure load prediction of resistance spot welding of aluminium alloy 57547 / Đurić A., Klobčar D., Milčić D., Markovic B. // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 659 (2019), doi:10.1088/1757-899X/659/1/012042

7. Quantifying structure-property relationships during resistance spot welding of an aluminum 6061-T6 joint / Turnage S., Darling K., Rajagopalan M., Whittington W., Tschopp M., Peralta P., Solanki K. // arXiv preprint arXiv:160504251, 2016.

8. Гуреева М.А., Грушко О.Е., Клочков Г.Г. Исследование свойств сварных соединений алюминиевого сплава В1341, выполненных контактной точечной сваркой // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 7. С. 8-12.

9. Welding parameters influence on fatigue life and microstructure in resistance spot welding of 6061-T6 aluminum alloy / Florea R.S., Bammann D.J., Yeldell A., Solanki K.N., Hammi Y. // Materials and Design. 2013. Vol. 45. P. 456-465.

10. Андреева Л.П., Овчинников В.В., Сидоров А.А. Оптимизация размеров точечных соединений при электроконтактной сварке алюминиевых сплавов // Современные материалы, техника и технологии. 2015. №3. С. 23-32.

11. Зарецкий М.В., Сидоренко А. С. Напряженное состояние авиационной конструкции со сварными соединениями при случайных колебаниях // Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. №12. С. 476-482.

12. Власова Е. Е., Зарецкий М.В., Сидоренко А.С. Долговечность авиационной конструкции со сварными соединениями при случайном нагружении // Известия Тул-ГУ. Технические науки. 2019. №9. С. 376-389.

13. Герасимов О.Н., Доросинский А.Ю., Березин М.Н. Исследование влияния воздействия вибрационных нагрузок на конструкционные материалы изделий электронной техники // Надежность и качество сложных систем. 2017. №3 (19). С. 37-42.

14. Особенности проверки изделий ракетно-космической техники на вибропрочность / М.А. Зайцев, Д.В. Остапенко, Д.С. Швецова, Т.А. Королева, Журавлев В.Ю. // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. Т. 1. № 14. С. 189-191.

15. Развитие экспериментальной базы прочностных исследований ЦИАМ / Ю.А. Ножницкий, Б.А. Балуев, Ю.А. Федина, Д.В. Шадрин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2019. № 57. С. 55-69.

16. Ерасов В.С., Нужный Г.А. Жесткий цикл нагружения при усталостных испытаниях // Авиационные материалы и технологии. 2011. №4 (21). С.35-40.

17. Мыльников В. В. Кондрашкин О. Б., Шетулов Д. И. Циклическая прочность и долговечность конструкционных материалов. Н. Новгород: ННГАСУ, 2018. 177 с.

18. Когаев В.П. Расчет на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Машиностроение, 1993. 354 с.

19. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний: справочник. М.: Металлургия, 1978. 302 с.

20. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Высшая школа, 2011. 287 c.

21. Перспективные стали для кожухов доменных агрегатов / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, С.Н. Кутепов, О.В. Кузовлева, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7. № 2 (23). С. 6-15.

22. Исследование противоизносных свойств пластичного смазочного композиционного материала, содержащего дисперсные частицы слоистого модификатора трения / В.В. Медведева, А.Д. Бреки, Н.А. Крылов, М.А. Скотникова, Ю.А. Фадин, С.Е. Александров, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, А.Н. Сергеев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 1 (64). С. 75-82.

23. Триботехнические свойства пластичных смазочных композиционных материалов с наполнителями из дисперсных частиц меди и цинка / В.В. Медведева, А.Д. Бреки, Н.А. Крылов, С.Е. Александров, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Н.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, А.Н. Сергеев, Д.В. Малий, Д.А. Провоторов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 2 (65). С. 109-119.

24. Триботехнические характеристики композиционных покрытий с матрицей из полигетероарилена пм-дадфэ и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама при трении скольжения в среде жидкого смазочного материала / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колмаков, Ю.А. Фадин, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, Д.А. Провоторов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 3 (66). С. 17-28.

25. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе алюминия, упрочнённых углеродными нановолокнами, при трении по стали 12Х / А.Д. Бреки, Т.С. Кольцова, А.Н. Скворцова, О.В. Толочко, С.Е. Александров, А.А. Лисенков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.В. Малий, А.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016. № 4 (21). С. 11-23.