V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Существуют различные методики исследования пластического течения материала в процессе СТП. В ранних работах была использована техника остановки потока "на месте", дающая лишь примерное представление о перемещении материала, а также методика, основанная на размещении в процессе сборки под СТП стальных шариков диаметром 0,38 мм в канавках торцев соединяемых кромок. Шарики выполняли роль маркеров, наблюдаемых после сварки алюминиевого сплава на рентгенограммах. Эта методика также дает качественную картину массопереноса, а не детализирует процесс пластического течения. То же можно сказать о методике, в которой авторы судят о перемещении материала в зоне стыка по перемещению маркеров в виде медных шпилек, размещенных в кромках соединяемых алюминиевых пластин и наблюдаемых с помощью просвечивающей рентгенографии, а также о методике, в которой для маркирования применяли медную фольгу, размещенную в стыке между соединяемыми кромками пластин. Существует ряд аналогичных методов исследования для выявления течения материала в зоне, прилегающей к вращающемуся инструменту. При этом в качестве маркера использован композитный материал Al-SiC, который в виде прокладок толщиной 0,6 мм размещали между вертикально установленными пластинами из алюминиевого сплава 7050-Т7 толщиной 6,35 мм (рис. 1). Частицы композита SiC микронного размера хорошо видны на непротравленной поверхности шлифов, изготовленных с сохранением в них остановленного "на месте" рабочего стержня инструмента. Показано, что материал перед инструментом перемещается в направлении его вращения, а также из корневых зон в верхние. В некоторых исследованиях в качестве материала маркера использована медная отожженная фольга толщиной 0,1 мм, размещенная в стыке. Для анализа течения материала в процессе СТП построены томографические модели. Для этого с помощью двумерных изображений, получаемых рентгеновским просвечиванием под разными углами (360 ракурсов через 1° относительно оси вращения), строили трехмерную модель, которой можно манипулировать в реальном времени на мониторе компьютера. Однако это не всегда позволяет выявлять детали пластического течения из-за недостаточной разрешающей способности оборудования, а также вследствие разрушения медного маркера вблизи инструмента на мелкие частицы, которые не выявляются при рентгенографии. Поэтому в качестве дополнительного эффективного средства авторы привлекают металлографию; частицы маркера четко наблюдаются на нетравленых шлифах. Известны оригинальные исследования пластического течения при СТП разнородных алюминиевых сплавов. Приведенная методика позволяет наблюдать за массопереносом, однако, при менее детальном исследовании кинетики процесса пластического течения. Отмечено существенное влияние параметров сварки на течение металла и его перемешивание. Исследовано формирование соединения разнородных алюминиевых сплавов в результате пластического течения материала с четким изображением участков каждого из сплавов, что обусловлено разной их травимостью (рис. 2). Участки имеют форму, вытянутую в направлении вращения инструмента и, соответственно, в направлении пластического течения материала. 

 

Рис. 4. Зависимость тепловложения в шов от расстояния инструмента от начала шва при СТП (по два образца толщиной 3 мм на каждое сочетание сплавов, маркер расположен в стыке начиная с 65 мм от начала шва и до 105 мм (конец шва)

Исследовано поведение оксидных частиц при пластическом течении материала в процессе СТП. По мнению авторов, мелкие оксиды, полученные измельчением и перемешиванием поверхностной оксидной пленки, осаждаются на алюминиевых частицах микронного размера, обволакивают их, увеличивая их объем и травимость. Расположение частиц хорошо видно на шлифах, как и при использовании медных маркеров (рис. 3).

Авторы работы считают необходимым подбирать материал маркера для исследования каждого сочетания соединяемых материалов. Критерием подбора, по их мнению, может служить минимальное влияние маркера на величину крутящего момента или усилия, определяющую тепл обложение в стык при СТП. На приведенных зависимостях (рис, 4) видно, что при использовании в качестве маркера медной фольги толщиной 0,1 мм при СТП сплавов 2024-ТЗ + 2024-ТЗ (кривая 1) маркер практически не влияет на термомеханику процесса, в то время как при СТП сплавов 6082-Т6+2024-Т3 (кривая 2) с таким же маркером влияет заметно, снижая достоверность результатов.

Приведенные методики исследования пластического течения материала при СТП позволяют наблюдать перемещение материала лишь после окончания процесса сварки либо прослеживать расположение потоков дискретно, фиксируя текущее положение процесса остановками на «месте». По-видимому правильнее вести речь о результатах экспериментального исследования не пластического течения, а массопереноса.

Анализ публикаций позволяет представить следующую феноменологическую связь в процессе СТП: режим сварки (частота вращения инструмента, скорость сварки) - термомеханические процессы (температура нагрева, усилия на инструменте) - пластическое течение (тепломассоперенос) - формирование структуры соединения (ядро, зона термического влияния) - свойства соединения (прочность, плотность и др.). Однако не всегда указывается, инструментом какой конструкции выполнялась сварка экспериментальных образцов. Детали конструкции инструмента не учитываются также при моделировании процесса, тогда как конструкция инструмента является параметром, не менее значимым по влиянию на термомеханические процессы, чем параметры режима сварки, Поэтому результаты таких сообщений справедливы лишь для конструкции конкретного инструмента.

Код для цитирования: Скопировать