Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1)
Представлены результаты разработки технологического процесса сварки пластин разнородных металлов сталь 20 + медь М1 в условиях пропускания импульсов тока большой плотности. В качестве активации сварочных процессов использован генератор импульсных токов ГИТ -50, разработанный в Институте импульсных п...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146919 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) / Л.И. Маркашова, Н.А. Онацкая, Л.Ю. Демиденко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 33-36. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-146919 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1469192019-02-13T01:24:08Z Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) Маркашова, Л.И. Онацкая, Н.А. Демиденко, Л.Ю. Научно-технический раздел Представлены результаты разработки технологического процесса сварки пластин разнородных металлов сталь 20 + медь М1 в условиях пропускания импульсов тока большой плотности. В качестве активации сварочных процессов использован генератор импульсных токов ГИТ -50, разработанный в Институте импульсных процессов и технологий НАН Украины. С использованием комплексного метода исследований установлено, что на контактной поверхности взаимодействия, имеющей макроскопические размеры, протекают различные стадии процесса образования сварного соединения, что обусловлено неоднородностью реальных поверхностей твердых тел даже при высоком классе их обработки. Результаты исследования тонкой структуры стальной поверхности свидетельствуют о том, что обработка импульсами большой плотности предварительно сжатых пластин приводит к значительной активности дислокационных преобразований, существенно влияющих на развитие третьей стадии процесса сварки в твердом состоянии, т.е. стадии объемного взаимодействия. Presented are the results of engineering process of welding of plates from dissimilar metals (steel 20 + copper M1) under conditions of passing of high-density current pulses. Pulse current generator GIT-50, developed in the Institute of Pulse Processes and Technologies of the NAS of Ukraine, was used for welding processes activation. Application of complex investigation method allowed determining that different stages of the process of welded joint formation take place on a contact interaction surface of macroscopic size. It is caused by inhomogeneity of the real surfaces of solid bodies even at high class of their treatment. The results of examination of steel surface fine structure indicate that treatment of the preliminary compressed plates with the high-density pulses results in significant activation of the dislocation transformations, having significant effect on development of the third stage of solid state welding process, i.e. stage of volumetric interaction. 2016 Article Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) / Л.И. Маркашова, Н.А. Онацкая, Л.Ю. Демиденко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 33-36. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.09.06 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146919 621.791.4:537.5 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Маркашова, Л.И. Онацкая, Н.А. Демиденко, Л.Ю. Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) Автоматическая сварка |
| description |
Представлены результаты разработки технологического процесса сварки пластин разнородных металлов сталь 20 + медь М1 в условиях пропускания импульсов тока большой плотности. В качестве активации сварочных процессов использован генератор импульсных токов ГИТ -50, разработанный в Институте импульсных процессов и технологий НАН Украины. С использованием комплексного метода исследований установлено, что на контактной поверхности взаимодействия, имеющей макроскопические размеры, протекают различные стадии процесса образования сварного соединения, что обусловлено неоднородностью реальных поверхностей твердых тел даже при высоком классе их обработки. Результаты исследования тонкой структуры стальной поверхности свидетельствуют о том, что обработка импульсами большой плотности предварительно сжатых пластин приводит к значительной активности дислокационных преобразований, существенно влияющих на развитие третьей стадии процесса сварки в твердом состоянии, т.е. стадии объемного взаимодействия. |
| format |
Article |
| author |
Маркашова, Л.И. Онацкая, Н.А. Демиденко, Л.Ю. |
| author_facet |
Маркашова, Л.И. Онацкая, Н.А. Демиденко, Л.Ю. |
| author_sort |
Маркашова, Л.И. |
| title |
Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) |
| title_short |
Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) |
| title_full |
Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) |
| title_fullStr |
Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) |
| title_full_unstemmed |
Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) |
| title_sort |
влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (сталь 20 + медь м1) |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146919 |
| citation_txt |
Влияние импульсов тока на активацию свариваемых поверхностей пластин из разнородных металлов (СТАЛЬ 20 + МЕДЬ М1) / Л.И. Маркашова, Н.А. Онацкая, Л.Ю. Демиденко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 33-36. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT markašovali vliânieimpulʹsovtokanaaktivaciûsvarivaemyhpoverhnostejplastinizraznorodnyhmetallovstalʹ20medʹm1 AT onackaâna vliânieimpulʹsovtokanaaktivaciûsvarivaemyhpoverhnostejplastinizraznorodnyhmetallovstalʹ20medʹm1 AT demidenkolû vliânieimpulʹsovtokanaaktivaciûsvarivaemyhpoverhnostejplastinizraznorodnyhmetallovstalʹ20medʹm1 |
| first_indexed |
2025-07-11T00:54:51Z |
| last_indexed |
2025-07-11T00:54:51Z |
| _version_ |
1837309939303841792 |
| fulltext |
НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИ РАЗДЕЛ
3 3 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
УДК 621.791.4:537.5
влияние импУльСов тоКа на аКтиваЦию
Свариваемых поверхноСтей
плаСтин из разнороДных металлов
(Сталь 20 + меДь м1)
Л. И. МАРКАШОВА1, Н. А. ОНАЦКАЯ2, Л. Ю. ДЕМИДЕНКО2
1иЭС им. е.о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича,11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2ин-т импульсных процессов и технологий нан Украины. 54018, г. николаев, просп. октябрьский, 43-а.
E-mail: iipt@iipt.com.ua
представлены результаты разработки технологического процесса сварки пластин разнородных металлов сталь 20 + медь м1
в условиях пропускания импульсов тока большой плотности. в качестве активации сварочных процессов использован
генератор импульсных токов гит-50, разработанный в институте импульсных процессов и технологий нан Украины.
С использованием комплексного метода исследований установлено, что на контактной поверхности взаимодействия,
имеющей макроскопические размеры, протекают различные стадии процесса образования сварного соединения, что
обусловлено неоднородностью реальных поверхностей твердых тел даже при высоком классе их обработки. результаты
исследования тонкой структуры стальной поверхности свидетельствуют о том, что обработка импульсами большой
плотности предварительно сжатых пластин приводит к значительной активности дислокационных преобразований,
существенно влияющих на развитие третьей стадии процесса сварки в твердом состоянии, т.е. стадии объемного вза-
имодействия. Библиогр. 7, рис. 2.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварные соединения, разнородные материалы, импульсы тока большой плотности, зона кон-
такта, электронная микроскопия, дислокационная структура, активация контактной поверхности
в различных изделиях современной техники в по-
следнее время широко ипользуются биметалличе-
ские соединения, т. е. соединения, состоящие из
разнородных по своим свойствам металлов и спла-
вов [1, 2]. Это позволяет наиболее полно исполь-
зовать специфические свойства каждого из них,
а также снижать расход дорогих и дефицитных
металлов и получать изделия с высокими эксплу-
атационными свойствами. а поскольку большин-
ство сочетаний разнородных металлов и сплавов
характеризуется существенными различиями фи-
зико-химических свойств, то понятно, что такого
типа различия будут приводить и к значительным
затруднениям при получении их качественных
сварных соединений, особенно в условиях сварки
плавлением. поэтому для выполнения такого типа
разнородных соединений используют различные
способы сварки давлением.
необходимым условием образования сварно-
го соединения для любых способов сварки дав-
лением является пластическая деформация сва-
риваемых материалов [3, 4]. однако в некоторых
случаях процессы пластической деформации ока-
зываются заторможенными ввиду высокого сопро-
тивления соответствующего материала деформи-
рованию. тогда применяют специальные методы,
интенсифицирующие дальнейшее течение дефор-
мации. одним из таких методов, нашедшим при-
менение в промышленности, является воздей-
ствие на деформируемый металл импульсным
током большой (~109 а/м2) плотности [5]. ранее
нами было получено подтверждение активирую-
щего действия импульсов тока на пластическую
деформацию предварительно сжатых пластин од-
нородных материалов (таких как сталь 20 + сталь
20) под действием импульсов тока большой плот-
ности при сварке давлением [6]. однако в насто-
ящее время в научно-технической литературе
отсутствует информация о процессах, происходя-
щих в приконтактных зонах металла соединяемых
пластин из разнородных материалов при таком
воздействии.
Цель настоящей работы: исследование влияния
импульсов тока большой плотности на процессы,
способствующие активации контактных поверхно-
стей разнородных металлов сталь 20 + медь м1 при
их соединении в твердом состоянии.
Материалы и методика проведения исследо-
ваний. в качестве модельных образцов использо-
вали пластины размером 170×12×2,5 мм, причем
зона сварки, равная длине l ≈ 22 мм, выбиралась
посередине образца.
подготовка контактной поверхности медной
пластины заключалась в ее шлифовании до вы-
соты гребешков (выступов шероховатости) от ~ 8
до ~ 10 мкм. высота гребешков поверхности бо-
© л. и. маркашова, н. а. онацкая, л. ю. Демиденко, 2016
НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИ РАЗДЕЛ
3 4 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
лее жесткой стальной пластины после полиро-
вания — от ~ 2 до ~ 3 мкм. различие по высоте
рельефа свариваемых поверхностей обусловлено
тем, что при сварке разнородных материалов обра-
зование физического контакта происходит, как пра-
вило, в результате микропластической деформации
более мягкого материала [4]. после очистки поверх-
ностей обеих пластин (обезжиривание ацетоном)
пластическую деформацию микровыступов кон-
тактных поверхностей осуществляли в специальном
устройстве до давления 50 мпа, затем по стальной
пластине вдоль зоны контакта пропускали импуль-
сный ток плотностью от 109 до 1010 а/м2 при дли-
тельности импульсов τ ≥ 2·10–4 с [7].
исследования процессов активации соединяе-
мых поверхностей при сварке сжатых пластин раз-
нородных материалов с использованием импульсов
тока большой плотности проведены с применени-
ем комплекса аналитических методов анализа фи-
зических процессов, протекающих в зоне контакта
свариваемых поверхностей. Для изучения особен-
ностей изменений дислокационной структуры в
приповерхностных слоях металла в зоне контак-
та применили метод просвечивающей микродиф-
ракционной электронной микроскопии установ-
кой JEM-200 CX фирмы «JEOL», япония. при
этом образцы для исследования подготавливали
методами специального утонения ионизирован-
ными пучками аргона, что позволяет получать ре-
альную картину характера распределения плотно-
сти дислокаций, дислокационных конфигураций
и особенностей формирования различного типа
субструктуры в локальных зонах свариваемых
металлов. при этом в качестве объекта исследо-
ваний служили темплеты стальной пластины, вы-
резанные из центральной части контактной зоны,
где была зафиксирована максимальная площадь
смятия рельефа поверхности. Эталоном служила
пластина из стали 20 в исходном состоянии. при
сварке давлением разнородных металлов, имею-
щих неодинакое сопротивление деформации, про-
цесс схватывания лимитируется активацией кон-
тактной поверхности более твердого металла [4],
поэтому особенности изменения дислокационной
структуры в приповерхностных слоях деформи-
рованного металла после отмеченного выше тех-
нологического воздействия исследовали в зоне
контакта со стороны указанного типа металла, а
именно стали 20.
Результаты эксперимента. исследования тон-
кой структуры приповерхностных слоев пластины
из стали 20 в исходном состоянии показали, что
анализируемая структура характеризуется общей
минимальной объемной плотностью дислокаций
ρ, составляющей от ~ 108 до ~ 2·109 см–2; срав-
нительно равномерной структурой межзеренных
границ; стабильными размерами порядка от 0,65
до 1 мкм (рис. 1, а) субструктурных элементов
(субзерен и ячеек), а также четко направленными
цементитными пластинами без признаков дефор-
мации (рис. 1, б).
после обработки сжатых пластин импульсами
тока структура приповерхностных слоев пластин
из стали 20 приобретает явные признаки дефор-
мации, а именно:
– вдоль исследуемой поверхности зафиксиро-
вана достаточно высокая плотность дислокаций
от ~ 1010 до ~ 1011 см–2, которая выше плотности
дислокаций поверхности металла в исходном сос-
тоянии почти на два порядка;
– структура отдельных зерен в значительной
степени фрагментируется с формированием четко
выраженных границ фрагментов (на рис. 2, а за-
фиксированы внутризеренные фрагменты разме-
рами от ~ 1,2 до ~ 1,5 мкм);
– происходит дробление (разрушение) цемен-
титных пластин — подобный эффект, как прави-
ло, имеет место после холодной обработки метал-
ла (рис. 2, б);
– четко проявляются детали структуры зон
смятия гребешков рельефа, которые представляют
собой слоистое строение, включающее систему
полос сдвига (деформации) (рис. 2, в), формиру-
ющиеся в результате осадки выступов шерохо-
ватости в процессе деформирования. появление
полос сдвига (искривление полос скольжения)
различной ширины от 2 до 4 мкм обусловливается
особенностями конфигураций дислокаций — их
скоплением в соседних полосах скольжения. за-
фиксированная длина полос сдвига >> 8 мкм;
рис. 1. Дислокационная структура приповерхностных слоев
пластины из стали 20 в исходном состоянии: а — ненапря-
женная межзеренная граница и ячеистая структура (×20000);
б — недеформированные цементитные пластины (×30000)
НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИ РАЗДЕЛ
3 5 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
– внутри отдельных полос сдвига также наблю-
дается фрагментация структуры, связанная с ак-
тивно протекающими (параллельно с процессами
пластической деформации) процессами релакса-
ции. на рис. 2, г релаксация проявляется в виде
формирования блоков (почти совершенных обла-
стей с дискретной взаимной разориентировкой)
размерами от 0,6 до 1,2 мкм в полосе сдвига h от
3,3 до 3,5 мкм. на рис. 2, д представлена фрагмен-
тация структуры в полосе сдвига размером от 1 до
3,7 мкм, сопровождающаяся образованием клуб-
ково-ячеистых структур с плотностью дислокаций
≈ 8,6·109 см–2.
Следует отметить, что кроме системы полос
сдвига в структуре смятых гребешков шерохо-
ватости наблюдаются также впадины различной
глубины, для которых характерна и более низкая
плотность дислокаций, соответствующая по вели-
чине плотности дислокаций в недеформирован-
ном металле. Эти зоны являются областями, где
физический контакт еще не образовался, в резуль-
тате чего в соответствующих участках соединения
остаются поры, дальнейшее зарастание которых
возможно диффузионным путем при последую-
щем нагреве. на рис. 2, е показана структура сло-
ев сдвига при смятии гребня шероховатости, где
структура впадины шероховатости (светлая об-
ласть — потенциальные поры) представляет со-
бой субзерна с размерами dc ~ 0,75 мкм и ячейки
размерами dяч от 0,13 до 0,2 мкм с минимальной
плотностью дислокаций. в зоне же деформации
гребня шероховатости (темная область — зоны
деформации) зафиксирована весьма высокая плот-
ность дислокаций — примерно 1011 см–2.
анализ полученных результатов исследования
тонкой структуры приповерхностных слоев сталь-
ной пластины после обработки предварительно
сжатых пластин импульсами тока свидетельству-
ет о том, что в результате технологического воз-
действия отдельные микроучастки (гребни шеро-
ховатости) являются зонами с высокой степенью
деформации, для которых характерны дислокаци-
онные преобразования следующих типов:
– увеличение в этой области более чем на по-
рядок значений плотности дислокаций, что сви-
детельствует о значительном увеличении уров-
ня внутренних напряжений в локальной зоне
деформации;
– отмечается неравномерность распределения
плотности дислокаций в зоне локализации по-
верхностной деформации стали 20;
– формирование полос сдвига (деформации)
в результате осадки гребешков шероховатости в
процессе деформирования поверхностных слоев
стали обусловленно нарастанием дислокационных
скоплениий в соседних плоскостях скольжения;
– значительная фрагментация структуры вну-
три полос деформации, сопровождающаяся об-
разованием клубково-ячеистых структур, свиде-
тельствует о резкой активации дислокационных
взаимодействий и активном преобразовании тон-
кой структуры, что в итоге приводит к образо-
ванию на деформированной поверхности стали
ступенек выхода дислокаций так называемых ак-
тивных центров [4], приводящих к активации кон-
тактной поверхности.
таким образом, на участках деформирован-
ной поверхности стали одновременно протекают
рис. 2. Дислокационная структура приповерхностных слоев пластины из стали 20 после технологического воздействия: а —
фрагментация зерна (×15000); б — раздробленная цементитная пластина (×15000); в — система полос сдвига h 1–4 (×10000);
г — формирование блоков в полосе сдвига (×10000); д — фрагментация структуры с образованием клубково-ячеистой струк-
туры в полосе сдвига; е — структура слоев сдвига при смятии гребня шероховатости (×20000)
НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИ РАЗДЕЛ
3 6 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
и процессы образования физического контакта, и
формирование активных центров — зон схватыва-
ния в слоях деформации поверхностей, что и спо-
собствует образованию межатомных связей. наря-
ду с отмеченным существуют еще такие участки
(впадины шероховатости — поры) на которых об-
разование физического контакта не наблюдается.
Выводы
1. на контактной поверхности взаимодействия,
имеющей макроскопические размеры, протекают
различные стадии процесса образования сварно-
го соединения, что обусловлено неоднородностью
реальных поверхностей твердых тел даже при
высоком классе их обработки. поэтому разделе-
ние процесса сварки на отдельные стадии явля-
ется справедливым только для микроскопических
участков контактной поверхности.
2. результаты исследования тонкой структуры
стальной поверхности свидетельствуют о том, что
обработка импульсами высокой плотности пред-
варительно сжатых пластин приводит к значи-
тельным дислокационным преобразованиям, ко-
торые могут существенно повлиять на развитие
третьей стадии процесса сварки в твердом состоя-
нии, т.е. стадии объемного взаимодействия.
1. миддельдорф К.тенденция развития технологий соеди-
нения материалов / К. миддельдорф, Д. фон хофе. // ав-
томатическая сварка. – 2008. – № 11. – С. 39–47.
2. Reisgen U. Stahl-Aluminium-Mischverbindungen: Schwei-
ßen oder Löten? Die Kombination zweier etablierter Füge-
technologien macht Unmögliches möglich / U. Reisgen, L.
Stein, M. Steiners // Schweißen und Schneiden. – 2010. – 62,
№ 5. – S. 278–284.
3. Каракозов Э. С. Соединение металлов в твердой фазе /
Э. С. Каракозов. – м.: металлургия, 1976. – 264 с.
4. Каракозов Э. С. Сварка металлов давлением / Э. С. Кара-
козов. – м.: машиностроение, 1986. – 280 с.
5. Физические основы и технология обработки современ-
ных материалов: в 2 т. т. 1. теория, технология, струк-
тура и свойства / о. а.троицкий, ю. в. Баранов, ю. С.
авраамов [и др.] – москва–ижевск: ин-т компьютерных
исследований, 2004. – 590 с.
6. онацкая н. а. влияние схем обработки импульсами тока
на образование физического контакта при сварке давле-
нием / н. а. онацкая, л. ю. Демиденко // Электронная
обработка материалов. – 2010. – № 3. – С. 19–21.
7. вовченко а. и. интенсификация пластической дефор-
мации поверхностей металлов под действием импульсов
тока при сварке давлением / а. и. вовченко, л. ю. Деми-
денко, н. а. онацкая // міжвузівський збірник «наукові
нотатки». – 2011. – 32. – C. 63–68.
поступила в редакцию 23.12.2015
16 Международная
научно-техническая конференция
Сварка и родственные технологии
(в рамках форума «Сварка и Диагностика»)
РАЗДЕЛ КОН ЕРЕНЦИИ
ИН ОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕР КА
Контакты: Бузорина Дарья Сергеевна: тел.:+7(343) 283-000-50, +7 953-604-9892
E-mail: weldingconf@gmail.com
Адрес: 620002, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ауд. М-326
|