Сварка трением с перемешиванием al-mg сплавов

Рисунок 9. Топливный бак космического шатла.Масса конструкции, прочность соединения сварного шва, усталость и стоимость данного метода сварки заинтересовало авиационную компанию AirbusGmbH (DA) и аэрокосмическое агентство (Diamler/ChryslerAG). Интерес был акцентирован на решение проблемы конструкции планеров, включая фюзеляж, пассажирские кабины, вертикальные и горизонтальные стабилизаторы, крылья и конечной сборки узкофюзеляжных самолётов. Для конструкции проектируемых самолётов главным образом метод СТП был направлен на продольные стыки швов фюзеляжа, крыльев и центрального (кесольного) крыла (см. рис. 10). Данная компания рассчитывает на отдачу от использования метода сварки трением с перемешиванием в конструкциях крыльев из алюминиевых сплавов групп 2ххх и 7ххх при производстве таких самолётов. Рисунок 10. а) – элементы крыла, б) – элементы панели фюзеляжа самолёта AIRBUS, с применением СТП.EclipceAviation(авиационная компания) использует метод сварки СТП в производстве пятиместного самолёта бизнес-класса Eclipce 500 [8,9]. Ключевая концепция изменения конструкции крыла заключается на применении сварки тернием с перемешиванием при производстве жёстких стрингерных панелей из алюминиевых сплавов групп 2ххх (это касается обшивки) и 7ххх (стрингеры) в различных сочетаниях (рис. 11). Компания наладила производство таким образом, чтобы была возможность проведение ремонта повторной сваркой трением с перемещением, для чего построила свой производственный центр, который изготавливает 1500 самолётов в год. Рисунок 11. Кабина самолёта ECLIPCE 500.Хороших результатов достигли компания «Боинг» совместно с компанией Lockheed-Martin в изготовлении с использованием сварки трением с перемешиванием конструкции полов самолётов С130 из сплавов алюминия групп 2ххх и групп 7ххх[10].Разработкой корпуса двигателя главной криогенной ступени пусковой установки «Арион 5», носовая часть состоит из 12 интегральных плоских панелей из сплавов алюминия 7075 с элементами жёсткости, занималась компания FokkerSpace. Она модернизировала конструкцию под нахлёсточное соединение панелей сваркой трением с перемешиванием в спроектированном кондукторе (см. рис. 12) и отказалась от болтовых соединений. Улучшились аэродинамические свойства самолёта, что приводит в свою очередь к экономии топлива и снижением затрат на производство, повышается прочность и жёсткость конструкции, снижается масса двигателя и стоимость его изготовления. Экспериментальные исследования подтвердили преимущества данного метода сварки перед болтовым и заклёпочным соединениями. Рисунок 12. Схема кондуктора для сборки под СТП носовой части корпуса двигателя. Широко применяется технология сварки трением с перемешиванием в судостроении, где широко производятся сварные панели из алюминиевых сплавов 5083 ( к примеру размерами 1250 S 5000 мм), которые отличаются хорошей плоскостностью, а также сотовые панели с высокой шумопоглащающей способностью для стен корабельных кают и ж/д вагонов. Также метод применяется при производстве катер-катамаранов, нефтедобывающих платформ, рефрижераторов, посадочных платформ для вертолётов, мачт и бон, парусных яхт и так далее. Особый успех данный метод имеет в производстве подвижных железнодорожных составов. Современное производство вагонов всё чаще выполняется методом сварки трением с перемешиванием для алюминиевых экструдированных профилей и интегрированных жёстких панелей. В Японии вагоностроение достигло немалых результатов в производстве подвижных составов с перемешиванием алюминиевых конструкции подвижных составов железных дорог. В данном производстве наибольшее применение нашли крупногабаритные полые панели из сплавов 6N01 (0,7 Mg; 0,6 Si; 0,1 Cu) в связи с хорошей способностью к прессованию и низкой чувствительности к закалке, а также из сплавов 5083 ввиду его высокой прочности. Для конструкций пола суперэкспресса Shinkansen используют оребрённые панели размером 1300 S 5000 мм, выполненных сваркой СТП. Панели большего размера (1800 S 3000 мм) криволинейные и с радиусом кривизны 2,6 метра, сваренные методом СТП с лицевой стороны и противоположной, используют для стен вагона (см. рис. 13). После проведения экспериментов, а также после успешного опыта эксплуатации было отмечено, что после пробега скоростного экспресса 450 тысяч километров со скоростью 285 км/ч не было обнаружено никаких разрушений и плюс к этому снизилась вибрация и шум на высоких скоростях. Рисунок 13. Стыки полых панелей вагонов высокоскоростных поездов Японии.Заключение.Изучив имеющуюся информация по методу сварки плавлением с перемешиванием Al-Mgсплавов, можно сделать вывод, что данный метод успешно развивается и находит своё применение в самых разных областях существующих промышленных производств. Учёные уделяют гораздо больше внимания соединению алюминиевых сплавов и толщине свариваемых металлов (сравнительно большей толщине). Проведя анализ публикаций, следует отметить, что наибольшие трудности возникают при сваривании заготовок толщиной 0,5-3 мм и толщиной более 40 мм. Развитие метода не останавливается, учёные проводят дальнейшие исследования с различными металлами и различными толщинами свариваемых материалов, разрабатываются новые экспериментальные установки для изучения данного метода, изобретаются новые и эффективные инструменты с различными профилями рабочей части. Соединения, полученные методом сварки трением с перемешиванием, обладают высоким уровнем механических свойств (коэффициент прочности сварных соединений составляет от 0,7 до 0,9 от уровня прочности основного металла) и в настоящее время проводятся работы по усовершенствованию имеющихся характеристик. Изобретение метода СТП стало своего рода «голубым океаном» для многих американских и китайских компаний. Промышленность которых вышла на более высокий уровень качества и количества поставляемой продукции (авиация, судостроение и прочее). Таким образом, данный метод актуален, востребован и находится в постоянному изучении и совершенствовании и, думается, новые открытия в этой области не заставят себя ждать.Список используемых источниковВикипедия. История развития сварки.USPat. No 5460317. Frictionstirbuttwelding/ W.M. Thomas, E.D. Nicholas, J.C. Needhametal.; Опубликован 1995.Martin J. Pushing the boundaries – friction stir goes deep than before// TWI Connect. – 2006. – January/February. P.1.Microstructure and properties of friction stir welded aluminium / J. Karlsson, B. Karlsson, H. Larsson et al. // INALCO’98, 7th International Conference "Joints in aluminium". Cambridge (UK), 1998.Andersson A., Norlin A., Backlund J. IBEC’97, Adventure Technology and Process. Stuttgart (Germany), 1997. 105 p..Midling O. et al. Friction stir welding aluminium — process and applications // 7th INALCO Conference Cambridge, 1998.Johnsen M. R. Friction Stir welding takes off at Boeing // Welding Journal. 1999. N 2. P. 35—39.Friction stir welding system development for thin gauge aerospace structures / B. Christner, M. Hansen, M. Skinner, G. Sylva // 4th International Symposium on Friction Stir Welding. Utah (USA), 2003.Christner B., McCoury J., Higgins S. Development and testing of friction stir welding as a joining method for primary aircraft structure // 4th International Symposium on Friction Stir Welding. Utah (USA), 2003.Froes F. H. Fourth international symposium on FSW (review) // Light metal Age. 2003. N 10. P. 38—40. Russell M. J., Blignault C. Recent developments in FSW of Ti alloys // 6th International Symposium on Friction Stir Welding. Montreal (Canada), 2006. Bernath J. J. FSW of Ti—6Al—4V structural components // 6th International Symposium on Friction Stir Welding. Montreal (Canada), 2006. Loftus Z. FSW of 5 mm Ti—6Al—4V // 6th International Symposium on Friction Stir Welding. Montreal (Canada), 2006. www.esab.com — Каталог пpодукции ESAB: "Автоматическая сваpка".Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. ГОСТ 14782-86.Гурвич А. К., Ермолов И. Н. Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов — Киев: Техника, 1972.Выборнов Б. И. Ультразвуковая дефектоскопия — М.: Металлургия, 1985.Контроль неразрушающий. Поковки из черных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии. ГОСТ 24507-80.Прокат листовой. Методы ультразвукового контроля. ГОСТ 22727-88. Детали стальных трубопроводов. Опоры подвижные и подвески. Технические условия.ГОСТ 22130-86. Конструкции каркаса железобетонные для многоэтажных зданий с безбалочными перекрытиями. Технические условия.ГОСТ 27108-86. Троицкий В.А., Демидко В.Г, Радько В.П. Дефекты сварных соединений и средства их обнаружения.Ермолов И.Н., Останин Ю.Д. Методы и средства неразрушающего контролякачества. Потапов А. И. Контроль качества и прогнозирование надежности конструкций из композиционных материалов.