Preview

Микроструктура и прочность соединений листов никеля, полученных ультразвуковой сваркой

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-2-75-81

Полный текст:

Аннотация

Ультразвуковая сварка (УЗС) является одним из методов получения твердофазных соединений тонких металлических листов, который в перспективе может использоваться для получения слоистых композиционных материалов, для аддитивного производства и реновации металлических изделий. Качество соединений зависит как от условий обработки, так и от свойств свариваемых металлов и сплавов. В настоящее время мало изучены условия УЗС, свойства и структура сварных соединений прочных металлов, в частности никеля. В работе исследовалось влияние величины сжимающей нагрузки на разрушающие усилия и структуру соединений отожженных листов никеля толщиной 0,5 мм, полученных точечной УЗС. УЗС проводили при частоте колебаний 20 кГц амплитудой 15 мкм, длительность обработки составляла 2 с. Величину сжимающей нагрузки варьировали от 3,5 до 7 кН. Показано, что с увеличением сжимающей нагрузки в рассмотренном диапазоне значений усилия разрушения сварных соединений возрастают, достигают максимума, а затем снижаются. Наиболее высокие разрушающие усилия – 1950 Н – демонстрировали соединения, полученные при сжимающей нагрузке 6 кН. Вблизи контакта свариваемых поверхностей наблюдается зона термомеханического влияния с градиентной микроструктурой. В слое толщиной 10–20 мкм происходит преобразование исходной крупнозернистой структуры никеля в ультрамелкозернистую с размером зерен менее 1 мкм. Ультрамелкозернистый слой граничит с кристаллитами, размеры которых составляют несколько микрометров и увеличиваются по мере удаления от поверхности контакта свариваемых листов. Результаты механических испытаний и структурных исследований сравниваются с данными, полученными после УЗС сплавов никеля, алюминия и меди.

Об авторах

Эльвина Рафитовна Шаяхметова
Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук, Уфа (Россия)
Россия

аспирант, стажер-исследователь



Мария Александровна Мурзинова
Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук, Уфа (Россия)
Россия

кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник



Айрат Ахметович Назаров
Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук, Уфа (Россия)
Россия

доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе



Список литературы

1. Kumar S., Wu C.S., Padhy G.K., Ding W. Application of ultrasonic vibrations in welding and metal processing: A status review // Journal of Manufacturing Processes. 2017. Vol. 26. P. 295–322.

2. Bakavos D., Prangnell P.B. Mechanisms of joint and microstructure formation in high power ultrasonic spot welding 6111 aluminium automotive sheet // Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 527. № 23. Р. 6320–6334.

3. Matheny M.P., Graff K.F. Ultrasonic welding of metals // Power ultrasonics. Woodhead: Cambridge, 2015. P. 259–293.

4. Ni Z.L., Ye F.X. Ultrasonic spot welding of aluminum alloys: A review // Journal of Manufacturing Processes. 2018. Vol. 35. P. 580–594.

5. Силин Л.Л. Ультразвуковая сварка: соединение металлов в твердом состоянии и улучшение качества сварных швов. М.: Машгиз, 1962. 252 с.

6. Devine J. Ultrasonic welding. Mechanical properties // ASM Handbook. Welding, Brazing, and Soldering. 1994. Vol. 6. Р. 900–910.

7. Haddadi F., Tsivoulas D. Grain structure, texture and mechanical property evolution of automotive aluminium sheet during high power ultrasonic welding // Materials Characterization. 2016. Vol. 118. P. 340–351.

8. Peng H., Chen D., Jiang X. Microstructure and mechanical properties of an ultrasonic spot welded aluminum alloy: the effect of welding energy // Materials. 2017. Vol. 10. № 5. Article number 449.

9. Yang J., Cao B., Lu Q. The effect of welding energy on the microstructural and mechanical properties of ultrasonic-welded copper joints // Materials. 2017. Vol. 10. № 2. Article number 193.

10. Graff K. Ultrasonic metal welding // New Developments in Advanced Welding. Woodhead: Cambridge, 2005. P. 241–269.

11. White D. Ultrasonic Object Consolidation. United States Patent № 6519500.

12. Hehr A., Norfolk M. A comprehensive review of ultrasonic additive manufacturing // Rapid Prototyping Journal. 2020. Vol. 26. № 3. Р. 445–458. DOI: 10.1108/RPJ-03-2019-0056.

13. Shimizu S., Fujii H.T., Sato Y.S., Kokawa H., Sriraman M.R., Babu S.S. Mechanism of weld formation during very-high-power ultrasonic additive manufacturing of Al alloy 6061 // Acta Materialia. 2014. Vol. 74. P. 234–243.

14. Sriraman M.R., Babu S.S., Short M. Bonding characteristics during very high power ultrasonic additive manufacturing of copper // Scripta Materialia. 2010. Vol. 62. № 8. P. 560–563.

15. Wolcott P.J., Sridharan N., Babu S.S., Miriyev A., Frage N., Dapino M.J. Characterisation of Al–Ti dissimilar material joints fabricated using ultrasonic additive manufacturing // Science and Technology of Welding and Joining. 2016. Vol. 21. № 2. P. 114–123.

16. Li D., Soar R.C. Characterization of process for embedding SiC fibers in Al 6061 O matrix through ultrasonic consolidation // Journal of Engineering Materials and Technology, Transactions of the ASME. 2009. Vol. 131. № 2. P. 0210161–0210166. DOI: 10.1115/1.3030946.

17. Mariani E., Ghassemieh E. Microstructure evolution of 6061 O Al alloy during ultrasonic consolidation: An insight from electron backscatter diffraction // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. № 7. P. 2492–2503. DOI: 10.1016/j.actamat.2009.12.035.

18. Mirza F.A., Macwan A., Bhole S.D., Chen D.L. Microstructure and fatigue properties of ultrasonic spоt welded joints of aluminum 5754 alloy // JOM. 2016. Vol. 68. № 5. Р. 1465–1475.

19. Sanga B., Wattal R., Nagesh D.S. Mechanism of Joint Formation and Characteristics of Interface in Ultrasonic welding: Literature Review // Periodicals of Engineering and Natural Sciences. 2018. Vol. 6. № 1. P. 107–119. DOI: 10.21533/pen.v6i1.158.107.

20. Park D.S., Kim J.H., Seo J.S. Ultrasonic welding of Ni thin sheet // International Journal of Mining, Metallurgy and Mechanical Engineering. 2013. Vol. 1. № 2. Р. 168–172.

21. Николаев Г.А. Сварка в машиностроении: справочник. М.: Машиностроение, 1979. 567 с.

22. Lee S.S., Kim T.H., Hu S.J., Cai W.W., Abell J.A., Li J. Characterization of joint quality in ultrasonic welding of battery tabs // Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of The ASME. 2013. Vol. 135. № 2. Article number 012004. DOI: 10.1115/1.4023364.

23. Su Z., Zhu Z., Zhang Y., Zhang H., Xiao Q. Recrystallization behavior of a pure Cu connection interface with ultrasonic welding // Metals. 2021. Vol. 11. P. 1–17. DOI: 10.3390/met11010061.

24. Lin J.-Y., Nambu S., Koseki T. Evolution of bonding interface during ultrasonic welding between Ni and steels with various microstructure // ISIJ International. 2020. Vol. 60. № 2. P. 330–336.

25. Mukhametgalina A.A., Murzinova М.A., Nazarov A.A. Microstructure and properties of solid state joints of titanium sheets produced by ultrasonic welding // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 1008. № 1. Article number 012007. DOI: 10.1088/1757-899X/1008/1/012007.

26. Patel V.K., Bhole S.D., Chen D.L. Influence of ultrasonic spot welding on microstructure in a magnesium alloy // Scripta Materialia. 2011. Vol. 65. № 10. P. 911–914.

27. Jiang Y., Chen Z., Zhan C., Chen T., Wang R., Liu Ch. Adiabatic shear localization in pure titanium deformed by dynamic loading: Microstructure and microtexture characteristic // Materials Science and Engineering A. 2015. Vol. 640. Р. 436–442. DOI: 10.1016/j.msea.2015.06.028.

28. Ni Z.L., Ye F.X. Weldability and mechanical properties of ultrasonic welded aluminum to nickel joints // Materials Letters. 2016. Vol. 185. Р. 204–207.


Для цитирования:


Шаяхметова Э.Р., Мурзинова М.А., Назаров А.А. Микроструктура и прочность соединений листов никеля, полученных ультразвуковой сваркой. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021;(2):75-81. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-2-75-81

For citation:


Shayakhmetova E.R., Murzinova M.A., Nazarov A.A. Microstructure and strength of joints of nickel sheets produced by ultrasonic welding. Science Vector of Togliatti State University. 2021;(2):75-81. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-2-75-81

Просмотров: 33


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)