Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Процесс контактной точечной сварки (RSW) широко применяется в различных отраслях промышленности, особенно для массового производства, – в авиационной, автомобильной, мебельной промышленности и др. Процесс RSW имеет некоторые трудности при сварке алюминия и его сплавов. Как правило, алюминиевые сплавы дают плохие сварные швы из-за их физических и металлургических свойств, таких как образование оксидов, тепловое расширение, тепловое сжатие, меньшая свариваемость и образование интерметаллических соединений. Настоящее исследование направлено на оценку осуществимости и механическую характеристику сварных швов RSW на алюминиевых сплавах типа АМг-5. Цель работы: оценить возможности контактной точечной сварки алюминиевых сплавов, определить влияние основных параметров RSW на структуру и свойства сварного шва. Методы исследования. Использовали листы алюминиевого сплава АМг-5 в состоянии поставки. Точечная сварка выполнялась стационарной контактной точечной сварочной машиной МТ-4240. Образцы для проведения исследований вырезались, полировались и в последующем анализировались на оптическом микроскопе, твердость измерялась микротвердомером. Измерения твердости проводились в двух направлениях (вдоль радиуса ядра и по толщине листа) с применением машины под нагрузкой 100 г. Электромеханическая испытательная машина Instron использовалась для испытаний на сдвиг при постоянной скорости траверсы 1 мм/мин до окончательного разрушения соединения при комнатной температуре. Диаметр ядра измерялся на поверхности излома после испытания на сдвиг при растяжении. Результаты и обсуждение. Были определены оптимальные входные параметры процесса для сварки листов алюминия толщиной 2,5 мм, проанализированы три выходные переменные, а именно прочность на разрыв, твердость соединения и диаметр ядра. Было отмечено, что прочность соединения значительно улучшилась за счет увеличения параметров процесса (силы тока, времени сварки). Диаметр ядра сварочной точки находится в корреляции с входными параметрами по току и времени процесса. Было замечено, что увеличение параметров процесса, т. е. времени цикла сварки, давления электрода и сварочного тока, приводит к увеличению размера ядра сварки. Отношение прочности сварной точки к прочности основного металла составляет 0,9. Показано, что сварка алюминиевых листов АМг-5 толщиной 2,5 мм методом RSW возможна и может быть использована в различных отраслях.

Об авторах

Виктор Викторович Кондратьев

Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук; Череповецкий государственный университет

Email: imz@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7437-2291
SPIN-код: 6927-7394
Scopus Author ID: 56509486000
ResearcherId: A-9010-2013

канд. техн. наук; старший научный сотрудник

Россия, ул. Фаворского, стр. 1А, г. Иркутск, 664033, Россия; пр. Луначарского, 5, г. Череповец, 162600, Россия

Валерий Ерофеевич Гозбенко

Иркутский государственный университет путей сообщения; Ангарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vgozbenko@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-8394-0054
SPIN-код: 4307-8922
Scopus Author ID: 57192079307

доктор техн. наук, профессор

Россия, ул. Чернышевского, 15, г. Иркутск, 664074, Россия; ул. Чайковского, 60, г. Ангарск, 665835, Россия

Роман Владимирович Кононенко

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: istu_politeh@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-5900-065X
SPIN-код: 2106-3870
Scopus Author ID: 56281057500
ResearcherId: ADE-9780-2022

канд. техн. наук, доцент

Россия, ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074, Россия

Марина Витальевна Константинова

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: mavikonst@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8533-0214
SPIN-код: 6788-6241
Scopus Author ID: 57205436485
ResearcherId: JSL-1456-2023

канд. хим. наук, доцент

Россия, ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074, Россия

Елена Александровна Гусева

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: el.guseva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-8719-7728
SPIN-код: 4616-4904
Scopus Author ID: 55769467700
ResearcherId: AAY-3936-2020

канд. техн. наук, доцент

Россия, ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074, Россия

Список литературы

  1. Кочергин К.А. Контактная сварка. – Л.: Машиностроение, 1987. – 240 с.
  2. Орлов Б.Д. Технология и оборудование контактной сварки. – М.: Машиностроение, 1986. – 352 с.
  3. Zhou K., Yao P. Overview of recent advances of process analysis and quality control in resistance spot welding // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2019. – Vol. 124. – P. 170–198. – doi: 10.1016/j.ymssp.2019.01.041.
  4. Developments in characterization of resistance spot welding of aluminum / M. Hao, K.A. Osman, D.R. Boomer, C.J. Newton // Welding Journal – Including Welding Research Supplement. – 1996. – Vol. 75 (1). – P. 1–4. – URL: https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-0029777851&origin=inward&txGid=43eb57982320fc23bd6ff9a0a6c0a142 (accessed: 07.08.2025).
  5. A review on resistance spot welding of aluminum alloys / S.M. Manladan, F. Yusof, S. Ramesh, M. Fadzil, Z. Luo, S. Ao // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 90. – P. 605–634. – doi: 10.1007/s00170-016-9225-9.
  6. Feasibility study of dissimilar joining of aluminum alloy 5052 to pure copper via thermo-compensated resistance spot welding / Y. Zhang, Y. Li, Z. Luo, T. Yuan, J. Bi, Z.M. Wang, Z.P. Wang, Y.J. Chao // Materials & Design. – 2016. – Vol. 106. – P. 235–246. – doi: 10.1016/j.matdes.2016.05.117.
  7. Zhang W., Xu J. Advanced lightweight materials for automobiles: A review // Materials & Design. – 2022. – Vol. 221. – P. 110994. – doi: 10.1016/j.matdes.2022.110994.
  8. Achieving safety and weight reduction in automobiles with the application of composite material / N. Sateesh, R. Subbiah, B.Ch Nookaraju, D. Siva Nagaraju // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 62. – P. 4469–4472. – doi: 10.1016/j.matpr.2022.04.936.
  9. Materials for automotive lightweighting / A. Taub, E. De Moor, A. Luo, D.K. Matlock, J.G. Speer, U. Vaidya // Annual Review of Materials Research. – 2019. – Vol. 49 (1). – P. 327–359. – doi: 10.1146/annurev-matsci-070218-010134.
  10. Joining aluminum alloy 5052 sheets via novel hybrid resistance spot clinching process / Y. Zhang, H. Shan, Y. Li, J. Guo, Z. Luo, C. Yong Ma // Materials & Design. – 2017. – Vol. 118. – P. 36–43. – doi: 10.1016/j.matdes.2017.01.017.
  11. Ambroziak A., Korzeniowski M. Using resistance spot welding for joining aluminium elements in automotive industry // Archives of Civil and Mechanical Engineering. – 2010. – Vol. 10 (1). – P. 5–13. – doi: 10.1016/S1644-9665(12)60126-5.
  12. Influence of welding parameters on the tensile shear strength of aluminum alloy joint welded by resistance spot welding / R. Qiu, Z. Zhang, K. Zhang, H. Shi, G. Ding // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2011. – Vol. 20. – P. 355–358. – doi: 10.1007/s11665-010-9703-4.
  13. Effects of sheet surface conditions on electrode life in resistance welding aluminum / Z. Li, C. Hao, J. Zhang, H. Zhang // Welding Journal. – 2007. – Vol. 86 (4).
  14. Characterization of resistance spot welded joints between aluminum alloy and mild steel with composite electrodes / R. Qiu, J. Li, H. Shi, H. Yu // Journal of Materials Research and Technology. – 2023. – Vol. 24. – P. 1190–1202.
  15. Corrosion behavior in aluminum/galvanized steel resistance spot welds and self-piercing riveting joints in salt spray environment / B. Pan, H. Sun, S.-L. Shang, W. Wen, M. Banu, J.C. Simmer, B.E. Carlson, N. Chen, Z.-K. Liu, Z. Zheng, P. Wang, J. Li // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 70. – P. 608–620. – doi: 10.1016/j.jmapro.2021.08.052.
  16. Microstructural and interface geometrical influence on the mechanical fatigue property of aluminum/high-strength steel lap joints using resistance element welding for lightweight vehicles: experimental and computational investigation / S. Baek, G.Y. Go, J.-W. Park, J. Song, H.-c. Lee, S.-J. Lee, S. Lee, C. Chen, M.-S. Kim, D. Kim // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 17. – P. 658–678. – doi: 10.1016/j.jmrt.2022.01.041.
  17. Arumugam A., Pramanik A. A review on the recent trends in forming composite joints using spot welding variants // Journal of Composites Science. – 2024. – Vol. 8 (4). – P. 155. – doi: 10.3390/jcs8040155.
  18. Welding time effect on mechanical properties of automotive sheets in electrical resistance spot welding / S. Aslanlar, A. Ogur, U. Ozsarac, E. Ilhan // Materials & Design. – 2008. – Vol. 29 (7). – P. 1427–1431. – doi: 10.1016/j.matdes.2007.09.004.
  19. Matsushita M., Ikeda R., Oi K. Development of a new program control setting of welding current and electrode force for single-side resistance spot welding // Welding in the World. – 2015. – Vol. 59. – P. 533–543. – doi: 10.1007/s40194-015-0228-1.
  20. Chang B.H., Zhou Y. Numerical study on the effect of electrode force in small-scale resistance spot welding // Journal of Materials Processing Technology. – 2003. – Vol. 139 (1–3). – P. 635–641. – doi: 10.1016/S0924-0136(03)00613-7.
  21. Podrzaj P., Jerman B., Simoncic S. Poor fit-up condition in resistance spot welding // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 230. – P. 21–25. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2015.11.009.
  22. Yu J. New methods of resistance spot welding using reference waveforms of welding power // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 2016. – Vol. 17. – P. 1313–1321. – doi: 10.1007/s12541-016-0156-z.
  23. Interfacial microstructure and mechanical property of resistance spot welded joint of high strength steel and aluminium alloy with 4047 AlSi12 interlayer / W. Zhang, D. Sun, L. Han, D. Liu // Materials & Design. – 2014. – Vol. 57. – P. 186–194. – doi: 10.1016/j.matdes.2013.12.045.
  24. Pouranvari M., Marashi S.P.H. Critical review of automotive steels spot welding: process, structure and properties // Science and Technology of Welding and Joining. – 2013. – Vol. 18 (5). – P. 361–403. – doi: 10.1179/1362171813Y.0000000120.
  25. Production of new nanostructures for modification of steels and cast irons / A.I. Karlina, V.V. Kondrat'ev, A.D. Kolosov, A.E. Balanovskiy, N.A. Ivanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012183. – doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012183.
  26. Plasma-arc surface modification of metals in a liquid medium / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, V.V. Kondrat'ev, V. Van Huy, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012013. – doi: 10.1088/1757-899X/411/1/012013.
  27. Application of plasma surface quenching to reduce rail side wear / M.V. Konstantinova, A.E. Balanovskiy, V.E. Gozbenko, S.K. Kargapoltsev, A.I. Karlina, M.G. Shtayger, E.A. Guseva, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012146. – doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012146.
  28. Capability enhancement of production of activating fluxes for arc welding using ultradispersed products of silicon waste processing / N.N. Ivanchik, A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, I.A. Sysoev, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012035. – doi: 10.1088/1757-899X/411/1/012035.
  29. Change in the properties of rail steels during operation and reutilization of rails / K. Yelemessov, D. Baskanbayeva, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina // Metals. – 2023. – Vol. 13. – P. 1043. – doi: 10.3390/met13061043.
  30. Comparative metallographic analysis of the structure of St3 steel after being exposed to different ways of work-hardening / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, M.V. Grechneva, V.V. Kondrat'ev, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012012. – doi: 10.1088/1757-899X/411/1/012012.
  31. Complex metallographic researches of 110G13L steel after heat treatment / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, V.V. Kondrat'Ev, S.A. Nebogin, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012014. – doi: 10.1088/1757-899X/411/1/012014.
  32. Comparative evaluation of austenite grain in high-strength rail steel during welding, thermal processing and plasma surface hardening / A.D. Kolosov, V.E. Gozbenko, M.G. Shtayger, S.K. Kargapoltsev, A.E. Balanovskiy, A.I. Karlina, A.V. Sivtsov, S.A. Nebogin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560. – P. 012185. – doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012185.
  33. An investigation into the behavior of cathode and anode spots in a welding discharge / A.I. Karlina, A.E. Balanovskiy, V.V. Kondratiev, V.V. Romanova, A.G. Batukhtin, Y.I. Karlina // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14 (21). – P. 9774. – doi: 10.3390/app14219774.
  34. Hybrid processing: the impact of mechanical and surface thermal treatment integration onto the machine parts quality / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.V. Kutyshkin, K.A. Parts // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 126 (1). – P. 012016. – doi: 10.1088/1757-899x/126/1/012016.
  35. Research on the possibility of lowering the manufacturing accuracy of cycloid transmission wheels with intermediate rolling elements and a free cage / E.A. Efremenkov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, M.V. Grechneva, A.V. Olisov, A.D. Ens // Applied Sciences. – 2022. – Vol. 12 (1). – Vol. 5. – doi: 10.3390/app12010005.
  36. Martyushev N.V., Skeeba V.Yu. The method of quantitative automatic metallographic analysis // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 803 (1). – P. 012094. – doi: 10.1088/1742-6596/803/1/012094.
  37. Skeeba V.Yu., Ivancivsky V.V. Reliability of quality forecast for hybrid metal-working machinery // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2018. – Vol. 194 (2). – P. 022037. – doi: 10.1088/1755-1315/194/2/022037.
  38. Defining efficient modes range for plasma spraying coatings / E.A. Zverev, V.Y. Skeeba, P.Y. Skeeba, I.V. Khlebova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – 87(8). – 082061. – doi: 10.1088/1755-1315/87/8/082061.
  39. Скиба В.Ю. Гибридное технологическое оборудование: повышение эффективности ранних стадий проектирования комплексированных металлообрабатывающих станков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – C. 62–83. – doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-62-83.
  40. Исследование процесса автоматического управления сменой полярности тока в условиях гибридной технологии электрохимической обработки коррозионностойких сталей / М.А. Борисов, Д.В. Лобанов, А.С. Янюшкин, В.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 1. – С. 6–15. – doi: 10.17212/1994-6309-2020-22.1-6-15.
  41. Influence of welding regimes on structure and properties of steel 12KH18N10T weld metal in different spatial positions / R.A. Mamadaliev, P.V. Bakhmatov, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1255–1264. – doi: 10.1007/s11015-022-01271-9.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».