Московский политехнический университет, Москва, Россия

В. В. Овчинников, заведующий кафедрой материаловедения, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: vikov1956@mail.ru
Т. К. Акопян, доцент кафедры материаловедения, канд. техн. наук, эл. почта: aktorgom@gmail.com
А. Г. Сбитнев, доцент кафедры материаловедения, канд. техн. наук, эл. почта: artem27@list.ru

Московский политехнический университет, Москва, Россия¹ ; Университет науки и технологий МИСИС, Москва, Россия²
М. А. Барыкин, аспирант, инженер научного проекта², инженер-исследователь кафедры материаловедения¹, эл. почта: mr.barykin97.97@mail.ru

Выполнена оценка свариваемости листов толщиной 1,5 мм из сплавов Al – 1 Ca – 5,5 Zn – 1,5 Mg – 0,5 Mn и Al – 2 Ca – 2,5 Mg – 0,4 Mn в условиях контактной точечной сварки по режимам с ковочным усилием и без него. Показано, что применение режимов с ковочным усилием позволяет практически полностью предотвратить образование трещин в пределах литого ядра сварной точки. Установлено, что эффективным методом контроля качества сварных точек исследуемых сплавов является рентгеновская компьютерная томография, позволяющая выявить наличие трещин и пор в металле литого ядра сварной точки. Полученные результаты сопоставили с данными автоматизированного контроля параметров режима сварки, которым была оснащена машина для точечной контактной сварки МТН-7501. Сравнение полученных данных, с одной стороны, показало эффективность рентгеновской компьютерной томографии для выявления дефектов. С другой стороны, сварные точки, которые были отмечены блоком автоматизированного контроля машины МТН-7501 как дефектные, таковыми оказались на самом деле. Построены зависимости диаметра сварной точки для рассматриваемых сплавов от тока сварки и длительности импульса сварочного тока. Показано, что для сплава Al – 1 Ca – 5,5 Zn – 1,5 Mg – 0,5 Mn бездефектные соединения удается получить при следующих параметрах режима сварки: радиус поверхности верхнего электрода 90 мм; продолжительность пропускания сварочного тока 0,26 с; сила сварочного тока 25 кА; давление на электродах 360 кг. Для сплава Al – 2 Ca – 2,5 Mg – 0,4 Mn для качественного сварного соединения необходимо повышать значение сварочного тока до 26 кА. При указанных значениях параметров режима обеспечивается получение литого ядра диаметром 5,0–5,3 мм. В рамках проводимых исследований в качестве метода подготовки поверхности под контактную точечную сварку опробована лазерная обработка сканирующим излучением поверхностного слоя. Показано, что контактное сопротивление после обработки поверхности лазерным излучением сплавов Al – 1 Ca – 5,5 Zn – 1,5 Mg – 0,5 Mn и Al – 2 Ca – 2,5 Mg – 0,4 Mn находится на уровне 12,5–13,2 мкОм, что практически соответствует величине контактного сопротивления после химического травления и механической зачистки металлической щеткой. Следует отметить, что после лазерной обработки поверхности существенное увеличение контактного сопротивления не наблюдается по истечении 72 ч после обработки, а после химического травления — 36 ч. Для исследуемых сплавов установлены зависимости разрушающего усилия на срез и отрыв сварной точки от диаметра литого ядра. Для одноточечных образцов при диаметре литого ядра 6,2–6,5 мм для сплавов Al – 1 Ca – 5,5 Zn – 1,5 Mg – 0,5 Mn и Al – 2 Ca – 2,5 Mg – 0,4 Mn разрушающая нагрузка на срез составила 2200–2350 Н и 2050–2180 Н соответственно, а на отрыв — 3200–3550 Н и 2900–3250 Н соответственно.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00121, https://rscf.ru/project/22-19-00121/.

1. Bamberg P., Gintrowski G., Liang Z., Schiebahn A. et al. Development of a new approach to resistance spot weld AW-7075 aluminum alloys for structural applications: an experimental study – Part 1 // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 15. P. 5569–5581.
2. Hirsch J. Aluminium alloys for automotive application // Mater. Sci. Forum. 1997. Vol. 242. P. 33–50.
3. Manladan S. M., Yusof F., Ramesh S., Fadzil M. et al. A review on resistance spot welding of aluminum alloys // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 90, Iss. 1. P. 605–634.
4. Han L., Thornton M., Boomer D., Shergold M. A correlation study of mechanical strength of resistance spot welding of AA5754 aluminium alloy // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211, Iss. 3. P. 513–521.
5. Zhang H., Senkara J. Resistance welding: fundamentals and applications. 2nd ed. — New York : CRC Press, 2011. — 456 p.
6. Wu C., Yuan Y., Kamat R. A new approach to implement high strength 7075 aluminum for automotive application // MATEC Web of Conferences. 2020. Vol. 326. 03004.
7. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 01.09.2019.
8. Belov N. A., Batyshev K. A., Doroshenko V. V. Microstructure and phase composition of the eutectic Al – Ca alloy, additionally alloyed with small additives of zirconium, scandium and manganese // Non-Ferrous Metals. 2017. Vol. 2. P. 49–54.
9. Belov N. A., Naumova E. A., Alabin A. N., Matveeva I. A. Effect of scandium on structure and hardening of Al – Ca eutectic alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 646. P. 741–747. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.05.155
10. Shurkin P. K., Belov N. A., Musin A. F. et al. Novel high-strength casting Al – Zn – Mg – Ca – Fe aluminum alloy without heat treatment // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2020. Vol. 61. P. 179–187. DOI: 10.3103/S1067821220020121
11. Belov N., Akopyan T., Korotkova N., Murashkin M. et al. Structure and properties of Ca and Zr containing heat resistant wire alumi num alloy manufactured by electromagnetic casting // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 2. P. 236–251. DOI: 10.3390/met11020236
12. Belov N. A., Akopyan T. K., Korotkova N. O. et al. Structure and properties of Al – Ca (Fe, Si, Zr, Sc) wire alloy manufactured from as-cast billet // The Journal of The Minerals, Metals and Material Society. 2020. Vol. 72. P. 3760–3768. DOI: 10.1007/s11837-020-04342-x
13. Akopyan T. K., Letyagin N. V., Belov N. A. et al. Analysis of the microstructure and mechanical properties of a new wrought alloy based on the ((Al) + Al4(Ca,La)) eutectic // Physics Metals and Metallography. 2020. Vol. 121. P. 914–919. DOI: 10.1134/S0031918X20080025
14. Шуркин П. К., Долбачев А. П., Наумова Е. А., Дорошенко В. В. Влияние железа на структуру, упрочнение и физические свойства сплавов системы Al – Zn – Mg – Ca // Цветные металлы. 2018. № 5. С. 69–77.
15. Akopyan T. K., Letyagin N. V., Sviridova T. A. et al. New casting alloys based on the Al + Al4(Ca, La) eutectic // The Journal of The Minerals, Metals and Material Society. 2020. Vol. 72. P. 3779–3786. DOI: 10.1007/s11837-020-04340-z
16. Naumova E. A., Belov N. A., Doroshenko V. V., Vasina M. A. et al. Phase composition, structure and manufacturability of new eutectic alloys based on the Al – Ca – Zn – Mg system // Proceedings of the 16th International Aluminum Alloys Conference (ICAA16), Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, Canada (2018). 401072.

17. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: Новые системы легирования. — М. : Руда и Металлы, 2016. — 256 c.
18. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K. Eutectic alloys based on the Al – Zn – Mg – Ca system: microstructure, phase composition and hardening // Material Science and Technology. 2017. Vol. 33, Iss. 6. P. 656–666. DOI: 10.1080/02670836.2016.1229847
19. Shurkin P. K., Belov N. A., Musin A. F., Samoshina M. E. Effect of calcium and silicon on the character of solidification and strengthening of the Al – 8 % Zn – 3 % Mg alloy // Physics of Metals and Metallography. 2020. Vol. 121, Iss. 2. P. 135–142. DOI: 10.1134/S0031918X20020155
20. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K., Doroshenko V. V. Design of multicomponent aluminium alloy containing 2 wt% Ca and 0.1 wt% Sc for cast products // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 762. P. 528–536. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.05.281
21. Шуркин П. К., Карпова Ж. А., Латыпов Р. А., Мусин А. Ф. Свойства сварных соединений сплава системы Al – Zn – Mg – Ca, легированного микродобавками циркония и скандия // Цветные металлы. 2021. № 2. С. 84–92.
22. Ovchinnikov V. V., Akopyan T. K., Protsenko E. O., Polyakov D. A. Welding properties indicators in fusion welding of prospective aluminum alloys based on the Al – Ca – Zn – Mg system // Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering. 2023. Vol. 4, Iss. 142. P. 11–23. DOI: 10.30987/2223-4608-2023-11-23
23. Летягин Н. В., Акопян Т. К., Палкин Р. А., Овчинников В. В. Влияние лазерной сварки на структуру и механические свойства горячекатаных листов сплава Al – Zn – Mg – Ca // Цветные металлы. 2023. № 3. С. 66–72.
24. ГОСТ 6996–66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. — Введ. 01.01.1967.