Исследование влияния частиц шлама на возникновение мостика сварки и обрывы проволоки при электроэрозионной обработке

тора исчерпывающей информацией о состоянии производственного процесса и является тем, что отличает КИМ от ручных измерительных приборов всех видов.

Для того, чтобы была возможность проверить результаты измерений КИМ, принимая их за реальные, была рассмотрена методическая составляющая погрешности измерения на КИМ и оценка неопределенности измерения, которая показала наибольшую кучность и стабильность измерений при положении наконечника 90°. Худшие результаты получались при измерении в вертикальном положении измерительного наконечника. Таким образом, для определения достоверной методики проведения измерений на КИМ необходимо было провести ряд представленных в статье экспериментов, которые показывают методическую погрешность, значительно влияющую на результат измерения.

Список литературы

1. Tignibidin A.V. The process of measuring geometric parameters of details on cylindrical grinding machines using active control device // 2014 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics) 7005699. DOI: 10.1109/Dynamics.2014.7005699.

2. Teti R., Jemielniak K., O'Donnell G., Dornfeld D. Andvanced monitoring of machining operations // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2010. № 59. Р. 717-739. DOI:10.1016/j.cirp.2010.05.010.

3. Denkena B., Bóft V. Technological NC Simulation for Grinding and Cutting Processes Using CutS // Proceedings of the 12th CIRP Conference on Modelling of Machining Operations. 7-8 May 2009. Donostia-San Sebastián, Spain. Vol. II. Р. 563.

4. Móhring H.-C., Gümmer O., Fischer R. Active error compensation in contour-controlled grinding // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2011. Vol. 60, Iss. 1. P. 429-432.

5. Bas G., Stoevb L., Durakbasa N. M. Assessment of the Production Quality in Machining by Integrating a System of High Precision Measurement // Procedia Engineering. 2015. Vol. 100. P. 1616-1624.

6. Denkena B., Gümmer O. Active Tailstock for Precise Alignment of Precision Forged Crankshafts during Grinding // Procedia CIRP. 2013. Vol. 12. P. 121-126.

7. Colledani M., Tolio T., Fischer A., Iung B., Lanza G., Schmitt R., Váncza J. Design and management of manufacturing systems for production quality // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2014. Vol. 63, Iss. 2. P. 773-796.

8. Guidе to Ше Expression of ише1Мйу in Mеasurеmеnt (GUM). Gеnеva: ISO, 1993. 101 p.

9. Захаров И. П. Неопределенность измерений для чайников и начальников: учеб. пособие. Харьков : 2013. 36 с.

10. Джунковский А. В., Суслин В. П., Холодов Д. А. Определение оптимального количества точек при измерении колец подшипников качения на координатно-измерительных машинах // Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров (ААИ): материалы 77-й Междунар. научно-технич. конф. 27-28 марта 2012. Минск: МГТУ «МАМИ», 2012. С. 62-67.

11. Соломахо В. Л. Метрологическое обеспечение координатных измерений в машиностроении. Минск : ООО «Реклама-Факсбелар», 1999. 132 с.

УДК 621.9.048.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧАСТИЦ ШЛАМА НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ МОСТИКА СВАРКИ И ОБРЫВЫ ПРОВОЛОКИ ПРИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ

INVESTIGATION OF DEBRIS IMPACT ON WELDING BRIDGE OCCURRENCE AND WIRE BREAKAGES DURING WEDM

А. А. Федоров, Д. А. Полонянкин, Ю. О. Бредгауэр, А. В. Линовский, А. И. Блесман, Д. В. Постников

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

A. A. Fedorov, D. A. Polonyankin, Iu. O. Bredgauer, A. V. Linovsky, A. I. Blesman, D. V. Postnikov

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. В статье представлены результаты исследования влияния короткого замыкания на обрывы проволоки при проволочно-вырезной электроэрозионной обработке стали 40ХН2МА на станке SODICK VZ300L. Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) изучен шлам (размеры, морфология, форма). Проведенное исследование позволило сделать вывод о том, что наиболее вероятным ме-

ханизмом образования мостика сварки является его формирование из частиц несферической формы (конгломератов) с большим количеством неровностей поверхности. Предложена классификация частиц шлама с точки зрения их размеров и способности перекрывания межэлектродного зазора - «эффективные» и «неэффективные» частицы.

Ключевые слова: электроэрозионная обработка, проволока, обрыв, мостик сварки, шлам.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-191-198

I. Введение

В настоящее время проволочная электроэрозионная обработка (ПЭЭО) повсеместно применяется при изготовлении изделий, используемых в различных областях промышленности (медицина, авиационно-космическая отрасль и т.д.). Высокая производительность, точность, возможность изготовления изделий из труднообрабатываемых материалов - основные, но далеко не единственные преимущества электроэрозионной обработки по сравнению с другими методами.

Вместе с тем существуют причины, способные существенно уменьшить производительность и качество обработки. К таким причинам относятся обрывы проволоки, которые не только способствуют образованию дефектов на обрабатываемой поверхности, снижая ее качество [1], но и приводят к повышению потребления электроэнергии на 47% [2].

В настоящее время среди наиболее вероятных причин обрыва проволоки выделяют: 1) механические напряжения; 2) термонапряжения; 3) короткое замыкание. Было установлено, что максимальная температура нагрева латунной проволоки не должна превышать 1000°С [3]. Вследствие концентрации локальных разрядов в этой области проволоки может возникнуть ее перегрев и обрыв [4], но в современном оборудовании проблема концентрации разряда решена [5]. В работе [6] было показано, что суммарное действие температурной и механической составляющих напряжения не превышает предела прочности эродированной латунной проволоки и не приводит к ее обрывам.

По мнению ряда исследователей, реальной причиной обрыва проволоки во время электроэрозионной обработки является короткое замыкание, которое возникает между инструментом и обрабатываемой деталью. Для предотвращения возникновения короткого замыкания были разработаны системы контроля и мониторинга напряжения межискрового зазора, которые способны отключить систему при появлении угрозы обрыва или откорректировать режимы обработки для его предотвращения [5, 7, 8].

В то же время системы контроля и мониторинга не способны предугадать или отследить возникновение так называемого «мостика сварки», состоящего из токопроводящих частиц, вымываемых потоками диэлектрической жидкости [9]. К тому же система промывки не всегда обеспечивает достаточную степень промывки шлама, скапливающегося в межэлектродном зазоре, что обусловлено небольшим расстоянием между заготовкой и проволокой шириной 50 мкм. Скапливающийся в межэлектродном зазоре шлам способен пропускать ток, а значит, способен вызвать короткое замыкание, и, как следствие, обрыв проволоки [10]. Целью данного исследования является изучение условий образования «мостика сварки», а также условий обработки, при которых вероятность его возникновения максимальна.

II. Методология

В качестве заготовок были использованы образцы в форме параллелепипеда с размерами 50*50*135 (Д*Ш*В) мм. Материал образцов - сталь 40ХН2МА. В качестве электрода-инструмента использовалась жесткая латунная проволока (60% Cu, 40% Zn) диаметром 0.25 мм. Обработка производилась на проволочно-вырезном электроэрозионном станке Sodick VZ300L.

В качестве диэлектрической жидкости использовалась дистиллированная вода. Также в ходе эксперимента изменяли позицию сопел прокачки при обработке (рис. 1).

1) OPEN U - полуоткрытая обработка (нижнее сопло находится на расстоянии 0.1 мм от детали, верхнее -на расстоянии более 0.1 мм от детали.

2) CLOSE - закрытая обработка

3) OPEN - открытая обработка

Действующие значения тока и напряжения, рассчитанные программным обеспечением станка, в процессе

ПЭЭО принудительно не изменялись и фиксировались с использованием встроенных вольтметра и амперметра. Среднее значение тока составило 10.5 А при изменении силы тока в диапазоне от 10.4 до 10.6 А, а среднее значение напряжения составило 40 В, при этом напряжение варьировалось в диапазоне от 38 до 42 В.

а)

б)

в)

Рис. 1. Схемы положения сопел: а - OPEN U, б - CLOSE, в - OPEN

После обработки заготовки ванная с диэлектрической жидкостью была естественным образом (без обдува, подогрева и т.д.) высушена. Частицы шлама были собраны с поверхности рабочего стола и со дна ванны.

Собранный шлам был исследован с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) JEOL .ГСМ-5700 в режиме высокого вакуума (тип сигнала - вторичные электроны). Параметр spotsize (размер пятна) был равен 50, величина ускоряющего напряжения 15 кВ, увеличение от 300 до 3000 крат. Для исследования шлама применялась следующая методика: на дно держателя образцов растрового электронного микроскопа помещали двустороннюю клейкую токопроводящую ленту. На ленту наносили шлам, излишки которого удаляли потоком сжатого воздуха.

Моделирование условий прокачки диэлектрической жидкости в межэлектродном зазоре осуществлялось в среде SOLIDWORKS FlowSimulations (рис. 2). Исходными данными для моделирования являлись размеры заготовки, диаметр проволоки, диаметры отверстий сопел (6 мм), расстояние от заготовки до сопел (рис. 1) и давление жидкости при прокачке, с помощью которого рассчитывалась скорость движения жидкости, используемая при моделировании. Для упрощения расчетов скорость движения проволоки не учитывалось.

Рис. 2. Результаты моделирования условий прокачки в режиме CLOSE в среде SOLIDWORKS FlowSimulations

III. Результаты и их обсуждение

В результате моделирования условий прокачки в режиме CLOSE в среде SOLIDWORKS получен пример движения диэлектрической жидкости, в которой во время обработки двигается шлам. На рис. 2 стрелками обозначено направление потока диэлектрической жидкости. Результаты моделирования показывают, что нижний и верхний потоки диэлектрической жидкости встречаются практически в середине детали, образуя турбулентный поток. Похожие результаты были получены в работе [15]. В турбулентном потоке вероятность столкновения нескольких частиц шлама выше, чем в любом другом месте.

На основе результатов моделирования условий прокачки и проведенных экспериментальных исследований были выдвинуты предположения относительно основных причин возникновения короткого замыкания, а так же проведена классификация и описана морфология частиц шлама.

1. Условия возникновения КЗ

Возникновение короткого замыкания может произойти в следующих случаях: 1) непосредственный контакт заготовки и проволоки; 2) наличие проводника между проволокой и заготовкой.

Первый вариант практически исключен в связи с работой систем контроля и мониторинга. Расстояние межискрового зазора отслеживается системой, не позволяющей приблизиться электроду-инструменту к заготовке на расстояние, превышающее заданную системой величину. Только при неполадках или ошибках в системе возможен непосредственный контакт заготовки и проволоки.

Второй вариант представляется более вероятным. При электроэрозионной обработке расплавленный материал удаляется с поверхности обрабатываемой заготовки при взрыве газового пузыря. Образующиеся частицы попадают в межэлектродный зазор, по которому прокачивается диэлектрическая жидкость, охлаждаются и удаляются в ванну потоком жидкости. Размеры, которые приобретают частицы в процессе кристаллизации, варьируются в диапазоне от десятых долей микрометра до нескольких десятков микрометров [11]. Размер межискрового зазора составляет 50 мкм. Некоторые частицы, имеющие размеры. близкие к величине межискрового зазора, способны его перекрывать, обусловливая протекание тока от инструмента к заготовке, вызывая при этом короткое замыкание. Необходимо упомянуть, что проволока может быть подвержена вибрации [7], при этом ее амплитуда достигает 25 мкм. Относительно размера межискрового зазора колебания с такой амплитудой повышают вероятность возникновения КЗ и обрыва проволоки [12]. Если во время колебаний между проволокой и заготовкой будет находиться частица шлама размером от 25 мкм и более, перекрывающая в момент амплитудного отклонения проволоки межэлектродный зазор, то сквозь проводящую частицу пройдет ток. Вероятность короткого замыкания и, как следствие, обрыва проволоки, при одновременном выполнении данных условий, является наиболее высокой.

2. Процесс образования сварного мостика

На снимках, полученных на растровом электронном микроскопе, видны частицы шлама обладающие преимущественно сферической формой и гладкой поверхностью (рис. 3а). Это объясняется тем, что при попадании расплавленного материала в рабочую жидкость под действием сил поверхностного натяжения частица приобретает форму, оптимальную с точки зрения минимума поверхностной энергии. Размер таких частиц можно охарактеризовать одним параметром - диаметром частицы. Как видно из рис. 3а, диаметр большинства частиц шлама варьируется в пределах от 10 до 20 мкм, что, с точки зрения рассмотренных условий возникновения КЗ, не приводит к повышению вероятности его возникновения. Вместе с тем на микрофотографиях видны частицы с диаметром, превышающим 25 мкм (рис. 3б). Наличие в шламе частиц таких размеров увеличивает вероятность образования мостика сварки.

На микрофотографиях также присутствуют частицы шлама (показаны черной стрелкой) (рис. 3в), размеры которых невозможно описать лишь одним параметром. Это так называемые конгломераты частиц шлама. Для размерного описания такой частицы необходимо несколько параметров (ширина, длина, высота). Можно предположить, что такого рода конгломераты 1 (рис. 3 a) образуются в процессе налипания частиц друг на друга. Налипание частиц может происходить в результате их контакта в области взаимодействия верхнего и нижнего потоков диэлектрической жидкости, при условии, что частицы имеют разную температуру и степень кристаллизации.

Еще незастывшие частицы попадают в рабочую среду, и, двигаясь в потоке жидкости [13], сталкиваются с другими частицами шлама. В результате взаимодействия сталкивающихся частиц могут формироваться конгломераты, обладающие размерами, сопоставимыми с величиной межэлектродного зазора.

Процесс образования конгломератов является хаотичным. Описание этого процесса с высокой точностью является затруднительным. Однако можно утверждать, что такие конгломераты с большой вероятностью будут образовывать мостики сварки.

В ходе экспериментов чаще всего наблюдались обрывы проволоки в режиме OPEN, хотя производители станков принимают меры по защите проволоки для этого режима, занижая электрические параметры обработ-

ки. По нашему мнению, образование мостика сварки в этом режиме наиболее вероятно из -за наиболее низкого уровня вымывания шлама из межэлектродного зазора. Это видно из рис. 4, на котором представлены три образца, обработанных в режимах CLOSE, OPEN U и OPEN. На каждом из образцов можно выделить несколько характерных зон.

Рис. 3. Шлам, РЭМ

На образце, обработанном в режиме CLOSE, четко выделяются три зоны: зона 1, зона 2, зона 3. Как видно зона 1 находится в верхней и нижней частях образца. Она имеет самый светлый оттенок, что свидетельствует о минимальном количестве налипшего на нее шлама, следовательно, уровень прокачки диэлектрической жидкости и вымывания шлама в этой области были наилучшими. Это объясняется тем, что верхнее и нижнее сопла приближены к детали на 0.1 мм и поток деионизированной воды попадает непосредственно в межэлектродный зазор, в котором происходит интенсивное вымывание шлама. Зона 2 следует непосредственно за зоной 1 и также расположена в верхней и нижней частях образца. Очевидно, что уровень прокачки в зоне 2 был менее интенсивным, чем в зоне 1, следовательно, налипшего шлама в этой зоне было больше. На обработанных образцах (рис. 4) видна интерференционная картина с отчетливо различимыми оттенками от фиолетово-синего до красно-оранжевого цвета. По всей вероятности, это связано с интерференцией света в тонкой оксидной пленке, условия образования которой в зоне 2 являются благоприятными. После зоны 2 на всех образцах выделяется зона 3, обладающая наибольшей протяженностью. Цвет зоны 3 - черный, что объясняется большим количеством налипшего шлама. Это свидетельствует о наименьшем уровне прокачки диэлектрической жидкости и, как следствие, уровне вымывания шлама. В центре зоны 3 виден участок более светлого оттенка по сравнению с остальной частью данной зоны. Как показывают результаты моделирования условий прокачки, участку светлого оттенка в зоне 3 соответствует область соприкосновения верхнего и нижнего потоков диэлектрической жидкости. Уровень вымывания шлама в этой области более высокий по сравнению с остальной частью зоны 3, поэтому его налипание происходит менее интенсивно.

Поверхности образцов, обработанных в режимах OPEN и CLOSE, существенно отличаются. На образце, обработанном в режиме OPEN, отсутствует зона 1, что объясняется низким уровнем вымывания шлама из-за большего расстояния между деталью и соплами (оба сопла отодвинуты от детали более чем на 0.1 мм). Зона 2 выглядит более темной, чем зона 2 образца, обработанного в режиме CLOSE. Это связано с тем, что условия

вымывания в режиме OPEN значительно хуже и, следовательно, налипание шлама происходит более интенсивно. За зоной 2 следует зона 3, протяженность которой больше, чем на образце, обработанном в режиме CLOSE. Также в центре зоны 3 можно отметить наличие участка (обозначен черной стрелкой) которому соответствует более высокий уровень вымывания шлама. На наш взгляд, образование мостика сварки более вероятно в зоне 3, от ее края до участка с более высоким уровнем вымывания шлама.

Образец, обработанный в режиме OPEN U, сочетает признаки, характерные для образцов, обработанных в режимах CLOSE и OPEN. В режиме OPEN U одно из сопел отодвинуто от детали более чем на 0.1 мм, при этом уровни прокачки диэлектрической жидкости и вымывания шлама значительно отличаются для разных сторон образца (рис. 4).

Рис. 4. Образцы стали 40ХН2МА, обработанные при различных положениях сопел прокачки: 1 - CLOSE, 2 - OPEN U, 3 - OPEN

3. Классификация частиц шлама

Результаты анализа размеров частиц шлама, проведенного методом РЭМ, позволяют сделать вывод о том, что основное количество частиц (-70-80%) обладает размерами от 3 до 20 мкм, остальная часть частиц (- 2030%) обладает размерами от 20 до 140 мкм, что подтверждается данными исследований других авторов [13, 14]. Более того, при исследовании шлама, собранного со дна ванны, были обнаружены частицы с размерами, большими 140 мкм, что исключаеют их нахождение в межэлектродном зазоре в процессе обработки. Образование частиц больших размеров возможно при слеживании шлама [11]. Частицы, обладающие размерами порядка 25 мкм при условии вибрации провода способны вызвать короткое замыкание. Заполнение межэлектродного зазора частицей, образованной при налипании друг на друга 2-х других частиц размерами порядка 25 мкм, также повышает вероятность короткого замыкания.

Таким образом, с точки зрения размеров и, как следствие, способности частиц шлама перекрывать межэлектродный зазор, можно выделить 2 типа частиц: «эффективные» и «неэффективные».

К «неэффективным» частицам шлама относятся полностью кристаллизовавшиеся частицы, обладающие гладкой сферической формой и диаметром менее 25 мкм. Благодаря характерной форме и размерам «неэф-

фективные» частицы не способны перекрывать межэлектродный зазор и образовывать конгломераты при столкновении.

«Эффективными» частицами являются частицы шлама, размер которых превышает 25 мкм, а форма не-сферична.

IV. Выводы и заключение

Исследование условий прокачки диэлектрической жидкости при проволочной электроэрозионной обработке, проведенное в данной работе, позволяет сформулировать следующие выводы:

- как показало экспериментальное исследование, уровень прокачки диэлектрической жидкости минимален при обработке в режиме OPEN, а вероятность образования мостика сварки в данном режиме выше, чем в режимах CLOSE и OPEN U. Образование мостика сварки предположительно происходит в зоне 3;

- моделирование процесса прокачки диэлектрической жидкости в среде SOLIDWORKS FlowSimulations позволяет визуализировать процесс движения потока жидкости и упрощает интерпретацию результатов экспериментов;

- в общем объеме частиц вымываемого шлама встречается достаточно большое количество частиц несферической формы (конгломератов), которые приводят к образованию мостиков сварки и являются наиболее вероятной причиной возникновения короткого замыкания. Предложена классификация частиц шлама с точки зрения их размеров и способности перекрывания межэлектродного зазора - «эффективные» и «неэффективные» частицы. К «неэффективным» частицам шлама относятся полностью кристаллизовавшиеся частицы, обладающие гладкой сферической формой и диаметром менее 25 мкм. Благодаря характерной форме и размерам «неэффективные» частицы не способны перекрывать межэлектродный зазор и образовывать конгломераты при столкновении. «Эффективными» частицами являются частицы шлама, размер которых превышает 25 мкм, а форма несферична.

Источник финансирования. благодарности

Авторы выражают благодарность Омскому государственному техническому университету и Научно-образовательному центру нанотехнологий за финансовую поддержку данного исследования. Работа выполнена в рамках НИР № 18045В.

Список литературы

1. Lonardo P. M., Bruzzone A. A. Effect of Flushing and Electrode Material on Die Sinking EDM // CIRP Annals-Manufacturing Technology. 1999. № 48. P. 123-126.

2. Gamage J. R., Desilva A. K. M. Effect of Wire Breakage on the Process Energy Utilisation of EDM // In Procedia CIRP: Elsevier. 2016. № 42. P. 586-590. URL: https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.02.264 (дата обращения: 20.06.2018).

3. Obara H., Iwata Y., Ohsumi T. An Attempt to Detect Wire Temperature Distribution during Wire EDM // Proc. of ISEM. 1995. № 11. P. 67.

4. Obara H. Detection of Discharging Position on WEDM // Proc. of ISEM. 1992. № 10. P. 404.

5. Shoda K. [et al.]. Adaptive Control of WEDM with On-Line Detection of Spark Locations // Proc. of ISEM. 1992. № 10. P. 410.

6. Fedorov A. A. [et al.]. Investigation of the impact of Rehbinder effect, electrical erosion and wire tension on wire breakages during WEDM // Journal of Materials Processing Technology. 2018. № 256. P. 131-144. URL: https://doi.org/10.1016/jjmatprotec.2018.02.002. (дата обращения: 05.06.2018).

7. Obara H. Control of Wire Breakage during Wire EDM // International Journal of Electrical Machining. 1999. № 4. P. 53-58.

8. Wang W. M. Investigations of Monitoring Discharge Parameters and Adaptive Control for EDM // Ph. D Dissertation, Harbin Institute of Technology. 1995, Harbin, China.

9. Bommeli B., Frei C., Ratajski A. On the influence of mechanical perturbation on the breakdown of a liquid dielectric // Journal of Electrostatics. 1979. № 7. P. 123-144.

10. Zhengkai Li, Jicheng Bai1. Influence of alternating side gap on micro-hole machining performances in micro-EDM. // Springer-Verlag London Ltd. 2017 DOI: 10.1007/s00170-017-0959-9.

11. Li, Dong. Study on the Movement Rule of Discharge Products in Large Area Titanium Alloy Machining by Electrical Discharge Machining. // Journal of Mechanical Engineering. 2017. Vol. 53. P. 200. DOI: 10.3901/JME.2017.21.200.

12. Habib, S., Okada, A. Study on the movement of wire electrode during fine wire electrical discharge machining process. // Journal of Materials Processing Technology. 2016. Vol. 227. P. 147-152. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.08.015.

13. Study on EDM debris particle size and flushing mechanism for efficient debris removal in EDM-drilling of Inconel 718. / Tanjilul M. [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2010. DOI: org/10.1016/j.jmatprotec.2017.12.016.

14. Yoshida M., Kunieda M. Study on the Distribution of Scattered Debris Generated by a Single Pulse Discharge in EDM Process. // IJEM. 1998. Vol. 3. P. 39-47.

15. Computation fluid dynamics analysis of working fluid and debris movement in wire EDMed kerf. Okada A. [et al.] // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2009. Vol. 58. P. 209-212. DOI: 10.1016/j.cirp.2009.03.003.

УДК 621.791.14

ПОЛУЧЕНИЕ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПЛАСТИН ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ

WELDED JOINT OF TITANIUM PLATES MANUFACTURING BY FRICTION STIR WELDING

И. К. Черных, Е. В. Васильев, И. Л. Чекалин, Е. В. Кривонос, Д. С. Макашин

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

I. K. Chemykh, E. V. Vasil'ev, I. L. Chekalin, E. V. Krivonos, D. S. Makashin

Omsk state technical university, Omsk, Russia

Аннотация. Изделия из титановых сплавов широко используются в таких отраслях, как авиа- и ракетостроение, судостроение. Для сборки корпусов из титановых сплавов используется сварка плавлением, что является достаточно трудоёмким и дорогостоящим процессом. Снижение трудоемкости и себестоимости операции сваривания титановых сплавов возможно за счет внедрения метода сварки трением с перемешиванием (СТП). В статье рассматривается распространение метода СТП в России, проводится исследование свариваемости титановых сплавов ОТ-4 и ВТ-20 методом СТП. Целью исследования является получение сварного соединения данных сплавов, отсутствие дефектов в виде «непроваров» и разработка специального инструмента для получения сварного соединения, а также получение информации о процессе сварки и разработке рекомендаций по сварке титановых сплавов методом СТП. Проведена серия экспериментов, цель исследования достигнута частично для сплава ОТ-4 и достигнута полностью для сплава ВТ-20. Разработан инструмент для СТП титановых сплавов, приведены данные по сварке при различных режимах, возникающие при этом силы и температуры.

Ключевые слова: сварка трением с перемешиванием, титановые сплавы, микроструктура, термодеформационная сварка, фрикционная сварка.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-198-207

I. Введение

Сварка трением с перемешиванием (СТП) (патент TWI от 1991 г. [1]) применяется в России для соединения алюминиевых сплавов различных марок. Большинство исследований направлены на получение информации о микроструктуре и прочности шва [2-6], на моделирование процесса сварки [7-9] и подбор режимов [10-14]. Стоит отметить успехи российских исследователей в разработке методики активного контроля при помощи акустической эмиссии [15], в исследовании высокоскоростной сварки [16] и сварки изделий, приближенных к изделиям ракетно-космической техники [17].

Согласно общедоступным данным, промышленное применение СТП в России находится на стадии внедрения в производство в авиакосмической отрасли. Технология СТП планируется к использованию при производстве ракет-носителей семейства «Ангара», разрабатывается технология сварки на АО «РКЦ «Прогресс» для изготовления РН сверхтяжелого класса «Энергия» [18]. В гражданском производстве технологию использует