Получение нахлесточных соединений за счет фрикционного нагрева поверхности вращающимся инструментом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, кандидат наук Крамской, Александр Владимирович

• Крамской, Александр Владимирович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Крамской, Александр Владимирович

Содержание

Введение

стр

1 Состояние вопроса (обзор)

10

1.1 Неразъемные соединения разнородных материалов и их 10 применение

1.2 Сложности получения неразъемных соединений разнородных 14 материалов

1.3 Виды неразъемных соединений, получаемые в 17 промышленности

1.4 Получение соединений разнородных материалов с помощью 32 сварки трением с перемешиванием

2 Методика проведения исследований

2.1 Методика получения нахлесточных соединений фрикционным 45 трением

2.2 Методика оценки распределения температур в зоне 51 сопряжения деталей

2.3 Методика оценки напряженно-деформированного состояния в 52 зоне сопряжения деталей

2.4 Методика оценки макро- и микроструктуры соединений

2.5 Методика оценки качества соединений из разнородных 55 материалов

Выводы по главе

3 Механизм образования соединений

3.1 Упругопластическое деформирование при поступательном 59 движении вращающегося цилиндрического инструмента по поверхности алюминиевой пластины

3.2 Модель распределения температуры при поступательном 70 движении вращающегося цилиндрического инструмента по поверхности алюминиевой пластины

3.3 Гипотеза образования соединения из разнородных материалов и

ее подтверждение

3.4 Состояние переходного слоя

Выводы по главе

4 Примеры изготовления неразъемных соединений

4.1 Механические соединения

4.2 Паяное соединение

4.3 Комбинированное соединение

4.4 Оценка качества разработанных соединений 109 Выводы по главе

5 Технология нанесения плакирующего слоя ванн для 115 химического травления

5.1 Технология выполнения ванны плакированной алюминием

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение нахлесточных соединений за счет фрикционного нагрева поверхности вращающимся инструментом»

ВВЕДЕНИЕ

Оборудование и устройства современной энергетики, химической и нефтяной промышленности, атомной, космической и др. отраслей техники эксплуатируются в условиях, характеризующихся высокими рабочими температурами, давлением, а также агрессивностью рабочих сред. В этой связи к элементам и узлам такого оборудования часто предъявляются требования по сочетанию каких-либо специальных свойств: жаростойкости, коррозионной стойкости, прочности, электропроводности и др.

Во многих случаях сочетание различных свойств может быть обеспечено при изготовлении отдельных деталей и узлов из разнородных материалов. Иногда применение разнородных материалов диктуется экономическими соображениями.

Известны конструкции изделий, выполненные из разнородных материалов, таких как алюминий-сталь, алюминий-титан, медь-сталь, алюминий-полимер. Однако, известные способы сварки (дуговая сварка плавлением, холодная сварка и др.) не всегда обеспечивают получение необходимых эксплуатационных параметров конструкций. Это связанно с тем, что многие сочетания разнородных материалов имеют значительные различия в физико-химических свойствах и ограниченную взаимную растворимость, а в зоне сварки могут образовывать хрупкие интерметаллидные фазы.

В конструкциях изделий из разнородных материалов для получения неразъёмных соединений часто используются заклёпочные соединения, для которых необходимо выполнять отверстия, что ослабляет конструкцию, увеличивает ее массу на 5-15% и не всегда обеспечивает герметичность.

В ряде случаев для соединения разнородных металлов эффективна пайка. Однако в ходе этого процесса нельзя контролировать растекание припоя, определяющее качество паяного соединения. Так же в большинстве случаев при пайке для снятия окисной пленки с поверхности металла и

активации поверхности необходимо применение активных флюсов. Такие флюсы должны быть тщательно удалены из соединения, в противном случае они приводят к интенсивной коррозии и разрушению изделий.

Большой вклад в изучении процессов сварки плавлением разнородных материалов внесли H.H. Рыкалин, М.Х. Шоршоров, Ю.Л. Красулин, В.Р. Рябов, Д.М. Рабкин, B.I. Bradstreet, Sh. Shiego.

Применение наиболее мобильных и распространенных дуговых способов сварки, которые протекают с образованием жидкой фазы, затруднено из-за образования в сварном шве разнородных материалов хрупких промежуточных соединений и фаз.

Неблагоприятные явления, характерные для сварки плавлением, можно уменьшить за счет применения сварки давлением. Исследованию механизма образования соединений в твердой фазе посвящены труды многих ученых, среди которых: К.А. Кочергин, М.Х. Шоршоров, P.A. Мусин, Г.В. Конюшков, Э.С. Каракозов, Ю.Л. Красулин, P.P. Котлышев и др. При всех способах сварки давлением соединение образуется в твердой фазе в результате совместной пластической деформации материала в зоне контакта.

Среди большого количества способов сварки давлением в последние десятилетия выделяется способ сварки трением с перемешиванием (СТП), который отличается пониженными требованиями к подготовке поверхностей деталей перед сваркой, возможностью соединения разных материалов, как в однородном, так и в разнородном сочетаниях с широким диапазоном режимов сварки, а также выгодными экономическими и экологическими показателями.

Большинство работ по СТП посвящено довольно узкой номенклатуре соединений из однородных материалов (стыковым соединениям и нахлёсточным).

Работы, посвященные получению нахлёсточных соединений из разнородных материалов, практически отсутствуют. Поэтому, необходимо

было разработать способы, изготовления конструкций из указанных разнородных материалов.

Цель работы: расширить номенклатуру способов изготовления нахлёсточных неразъёмных соединений из разнородных материалов, по конструктивным параметрам и по используемым материалам, получаемых за счёт фрикционного нагрева и давления, осуществляемого торцом вращающегося цилиндрического инструмента.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) Провести анализ методов получения нахлёсточных соединений разнородных материалов.

2) Выявить закономерности распределения теплоты при воздействии вращающегося инструмента.

3) Разработать модель распределения упругопластических деформаций при воздействии вращающегося инструмента.

4) Выявить механизм образования паяных соединений из разнородных материалов.

5) Разработать конструктивные параметры и технологию изготовления нахлёсточных соединений узлов и конструкций из разнородных материалов и определить область их рационального применения.

Методы исследования.

Для выявления механизма образования нахлёсточных соединений из разнородных материалов и разработки технологии получения таких соединений использовались теоретические (расчет температур, моделирование процессов упругопластической деформации) и экспериментальные методы исследований. Для подтверждения достоверности полученных результатов применялись методы разрушающего и неразрушающего контроля, металлофизические и металлографические

методы анализа металлов в зоне соединения, статистические методы обработки результатов экспериментов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что неразъемное соединение деталей, собранных внахлестку, образуется за счет одновременного термического и деформационного воздействия на соединяемые детали торцом вращающегося инструмента:

1) Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения паяного нахлесточного соединения за счет теплоты, выделяемого при трении торца инструмента о поверхность более пластичного материала, при этом выявлены два канала активации соединяемых поверхностей - термический и деформационный, которые позволяют получать соединение без дополнительной защиты на воздухе.

2) Установлено, что при поступательном движении вращающегося цилиндрического инструмента по поверхности более пластичного материала углом вперед образуется волна пластической деформации. В этих условиях появляется возможность заполнения пластифицированным металлом перфорированных отверстий в результате его экструзии и образование неразъемного «механического» соединения металла с другим металлом или с неметаллическими материалами. Объем металла для заполнения перфорированных отверстий зависит от диаметра и угла наклона инструмента, а также от величины его заглубления в пластифицированный металл.

3) Научно обоснована и практически реализована технологическая схема получения комбинированного паяно-заклепочного соединения разнородных металлов, при которой деформационная активация на фоне термического воздействия вызывает экструзию пластичного металла, а так же образование жидкой фазы на поверхностях раздела вследствие контактного плавления соединяемых материалов. Такая схема позволяет

увеличить фактическую площадь соединения и повысить прочность получаемых соединений.

4) Установлено, что соединение алюминий-сталь через цинковую прослойку формируется в присутствии жидкой фазы, образующейся при термической активации, возникающей при фрикционном трении инструмента со стороны алюминия, и инициирующей процессы атомной и реакционной диффузии, а также растворения железа и алюминия в расплаве двойной или тройной эвтектики и подавление образования интерметаллидов типа FenAlm в присутствии цинка и их фрагментацией за счет процессов пластического деформирования и диспергирования.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается применением современных методов исследования и поверенного измерительного оборудования (анализатор спектра А17-Т8 тензостанция ЗТМС.411168.001; комплексная лаборатория пробоподготовки фирмы ATM; световой инвертированный металлографический микроскоп AxioObserver (Zeiss), оснащенный цифровой видеокамерой и системой вывода изображений; твердомер Zwick/Roell ZHV; электронный микроскоп Tescan Vega, оснащенный энергодисперсионным спектрометром; рентгеновский аппарат РУП 200-5-2; разрывная машина УММ-10), требуемой повторяемостью опытов и использованием лицензионных компьютерных программ для расчетов. Механизм образования «механических», паяных и комбинированных соединений из разнородных материалов за счёт фрикционного нагрева и давления, осуществляемого торцом вращающегося цилиндрического инструмента и полученные результаты исследования, хорошо согласуются с фундаментальными представлениями о механизмах экструзии металла и образования паяного соединения.

Практическая значимость. Результаты исследований и расчета параметров процесса изготовления нахлёсточных соединений из

разнородных материалов за счет теплоты от фрикционного трения и волны пластифицированного металла, перемещаемого инструментом, позволили разработать технологии изготовления неразъемных «механических», паяных и комбинированных нахлесточных соединений алюминий-сталь и алюминий-неметалл (листовой гетинакс). Использование разработанных технологий изготовления неразъемных соединений из разнородных материалов позволяет получить:

- «механические» соединения взамен традиционных клепаных и болтовых, что уменьшило трудоемкость работ, позволило получить неразъёмные герметичные соединения, у которых соединительные элементы выполнены из тела основного материала без дополнительных выступающих крепежных элементов, что уменьшает массу конструкции на 5-15% и повышает аэродинамические характеристики конструкции.

- паяные соединения через подслой (барьерный слой) за счет теплоты от фрикционного трения взамен традиционных способов пайки (газовая, электрическая), что позволило получить соединения без применения химически активных флюсов, которые необходимо тщательно удалять после пайки.

паяно-заклепочные соединения, что позволило объединить преимущества обеих выше указанных технологий: снизить трудоемкость, увеличить конструктивную прочность без применения химически активных флюсов, при этом соединительные элементы формируются из тела деформируемой детали, что существенно уменьшило массу конструкции.

Технологии изготовления соединений из разнородных материалов за счет теплоты от фрикционного трения запатентованы, прошли апробацию в заводской лаборатории ЗАО «Пром-Энерго-Комплект» и переданы для внедрения. Для широкого применения предложенных технологий изготовления неразъемных нахлесточных соединений из разнородных материалов требуется разработка нормативно-технической документации.

Полученные результаты исследований использованы в учебном процессе ДГТУ на кафедре «Машины и автоматизация сварочного производства» при подготовке по специальности 150202 «Оборудование и технология сварочного производства», а также бакалавров и магистров по направлению 150700 «Машиностроение» профиль «Оборудование и технология сварочного производства».

На защиту выносится:

- механизм образования нахлесточных соединений из разнородных материалов, которые образуются за счёт термического и деформационного воздействия торца цилиндрического вращающегося инструмента;

- модель распределения напряжений и деформаций в процессе образования нахлесточных соединений;

- рекомендации по выбору режимов изготовления нахлесточных соединения алюминий - сталь;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований процесса получения нахлесточных соединений;

- технологии изготовления нахлесточных соединений узлов конструкций из металлов алюминий - сталь.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- заседаниях кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства» ДГТУ, 2010-2013;

XII международной научно-технической конференции по автоматизации технологических объектов и производств, ДНТУ, г. Донецк, Украина, 2012;

- Второй международной конференции и выставке «Алюминий-21/ СВАРКА И ПАЙКА», г. Санкт-Петербург, 20-22.11.2012;

ежегодных научно-технических конференциях студентов и профессорско-преподавательского состава ДГТУ, 2010-2013;

- работа отмечена золотой медалью и дипломом IX Международного салона изобретений и новых технологий «Новое время», г. Севастополь, Украина, 26-28.09.2013;

- разработанная технология получения комбинированного паяно-заклепочного соединения алюминий-сталь при изготовлении ванны плакированной алюминием прошла апробацию и передана для внедрения в ЗАО «Пром-Энерго-Комплект».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК и получено два авторских свидетельства на изобретения:

Публикации в рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Котлышев P.P., Шучев К.Г., Крамской A.B. Расчет температур при сварке трением с перемешиванием алюминиевых сплавов // Вестник Донского гос.техн.универ. - 2010. - Т. 10 - №5(48) - С. 693-699.

2. Крамской A.B., Чуларис A.A., Людмирский Ю.Г. Способ пайки разнородных материалов с использованием фрикционного трения//Сварка и диагностика. - 2013. - №5. - С. 40-43.

Публикации в других изданиях:

3. Людмирский Ю.Г., Котлышев P.P. и др. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов в электромонтажном производстве [Электронный ресурс]// Вторая международная конференция и выставка «Алюминий-21 / СВАРКА. И ПАЙКА»: сб. статей, 20-22 ноября. - СПб, 2012. - 1 электрон, опт. диск (CD - ROM).

4. Крамской A.B., Людмирский Ю.Г. Получение неразъемных соединений разнородных материалов// V Научно-практическая конференция «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии»: сб. статей, 11-13 сентября. - Ростов н/Д, 2013.-С. 646-653.

5. Крамской A.B. Неразъемные соединения конструкционных материалов, получаемые пластическим деформированием с ротационным

нагревом трением// АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ОБ'СКТГО ТА ПРОЦЕС1В. ПОШУК МОЛОДИХ: сб. науч. тр. / ДонНТУ. - Донецк, 2012. -С. 386-388.;

Патенты на изобретение РФ:

6. Патент на изобретение №2443526 от 27.02.12 г. Способ получения соединения разнородных материалов. Лукьянов В. Ф., Людмирский Ю.Г., Крамской A.B. и др.;

7. Патент на изобретение №2446927 от 10.04.12 г. Способ получения соединения разнородных материалов. Лукьянов В. Ф., Людмирский Ю.Г., Крамской A.B. и др.

Личный вклад автора в опубликованных единоличных и в соавторстве работах состоит: в постановке целей и задач исследований, в разработке методик экспериментов, в анализе обобщении экспериментальных данных, в разработке модели распределения тепловой энергии от источника тепловой мощности в материале под воздействием вращающегося цилиндрического инструмента с плоским торцом, в разработке технологии выполнения соединений разнородных материалов. Вклад автора является решающим на всех стадиях работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 82 наименования.

Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 60 рисунков.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА (ОБЗОР)

1.1 Неразъемные соединения разнородных материалов и их

применение

В условиях работы современного производства, когда происходит постоянное увеличение предельных параметров эксплуатации, особое значение приобретают вопросы надежности в работе изготовляемых узлов и конструкций. При этом возникает необходимость в применении широкого ассортимента сталей, цветных металлов и сплавов, а также неметаллических материалов. Но во многих случаях, целесообразно изготовление из таких материалов не всей конструкции, а лишь отдельных узлов, которые подвергаются воздействию конкретного вредного фактора (нагрузка, повышенная или пониженная температура, коррозионная среда) или их сочетания. Поэтому многие отрасли народного хозяйства трудно представить без применения композитных материалов, а разработка экономичных и эффективных способов получения соединений из разнородных материалов является важной задачей научно-технического развития.

Среди соединений разнородных материалов наибольшее применение в промышленности получили соединения сталей различных классов; разноименных алюминиевых сплавов; меди со сталями; а также соединения алюминия с медью, титаном, сталями различных классов, драгоценными металлами, никелем, свинцом, а также соединения алюминия с неметаллическими материалами.

Широкое применение соединения сталей различных классов получили в атомной промышленности и котельном оборудовании - для плакирования различных узлов (главный циркуляционный трубопровод (ГЦТ) (рис. 1.1, а), трубные доски (рис. 1.1, б) и др.) с целью предотвращения коррозионного разрушения деталей транспортируемой средой [1].

а) б)

Рисунок 1.1 - Соединения из сталей различных классов:

а) ГЦТ из стали 10ГН2МФА плакированный сталью 12Х18Н9Т;

б) Фрагмент трубной доски из биметалла 09Г2С + 10Х17Н13М2Т

Соединения сталь - медь часто используются в металлургическом производстве (фурмы для продувки стали в конвертере, эжекторы, кристаллизаторы (рис. 1.2)) и системах газоснабжения и газораспределения (газопроводы).

а) б)

Рисунок 1.2 - Соединения сталь - медь: а) фурма продувки стали в конвертере; б) кристаллизатор барабанный

Соединения алюминия с медью получили широкое применение в электротехнической промышленности (электрические шины) - для

изготовления токоведущих деталей и узлов электрических машин, трансформаторов и др. (рис. 1.3).

а) б)

Рисунок 1.3 - Соединения алюминий - медь токоведущих деталей:

а) стыковое; б) нахлесточное

Соединения алюминия с драгоценными металлами (серебро, золото) в основном приходится на производство электронных микросхем (рис. 1.4) при изготовлении приборов точной механики и радиоэлектроники. При этом первостепенно значение принимают вопросы экономии драгоценных материалов без потери функциональных и эксплуатационных характеристик узлов.

а) б)

Рисунок 1.4 -Интегральные микросхемы: а) паяная; б) сварная

Сталеалюминевые соединения и соединения алюминий - титан получили широкое распространение в ракетостроении и авиастроении (элементы корпусов и обшивки, судостроении (соединение надстроек с палубой (рис. 1.5, а)), а также строительстве (фасадные и кровельные материалы), химической промышленности (переходник кислородного регенератора (рис. 1.5, б), сосуды Дьюара).

а) б)

Рисунок 1.5 - Сталеалюминевые соединения: а) соединение внутренней стенки надстройки рыболовного траулера из АМг5 со стальной (Ст4сп) палубой; б) переходники кислородного регенератора

Соединения алюминия с неметаллическими материалами используются в электротехнике (изоляторы) и пищевой промышленности (ручки кастрюль, крышек) (рис. 1.5).

а) б)

Рисунок 1.5 - Соединения алюминия с неметаллическими материалами: а) предохранитель б) крышка бытовой кострули

При этом следует отметить, что алюминий и его сплавы, на сегодняшний день, находят все большее применение в производстве различных конструкций. По итогам февраля 2013 г. среднесуточный объем производства первичного алюминия в мире достиг нового исторического максимума - 131,6 тыс. т/день. А производство алюминия в мире в 2012 году по сравнению с 2011 годом выросло на 3,2% - до 46,2 млн тонн [2].

Это обусловлено рядом ценных физико-химических свойств алюминия, таких как: относительно малая плотность; высокая электропроводность (около 0,65 от электропроводности меди); удовлетворительная механическая прочность; большая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, морской воде, многих щелочах и пищевых продуктах.

Для нужд промышленности особенно важно то, что узлы, получаемые из алюминия, соединенного с другими материалами, позволяют наиболее полно реализовать свойства каждого из материалов, входящих в соединение. Так применение сталеалюминевых соединений резко снижает вес конструкции и повышает ее коррозионную стойкость, а применение медно-алюминиевых узлов приводит к экономии дефицитной и дорогостоящей меди.

1.2 Сложности получения неразъемных соединений разнородных

материалов

Несмотря на растущую потребность в соединениях из разнородных материалов, получение последних сопряжено с рядом трудностей, обусловленных различием некоторых свойств в соединениях разнородных металлов, входящих в соединение. Основные из них следующие:

- различие температур плавления и рекристаллизации соединяемых материалов;

- несоответствие величин термических коэффициентов линейного расширения, обуславливающих сложную картину напряженно-деформированного состояния в комбинированном соединении из разнородных материалов;

различие в величинах теплоемкостей, теплопроводнотей, диффузионной подвижности взаимодействующих металлов, искажающих температурные поля и усиливающих физическую, химическую и фазовоструктурную неоднородности в зоне соединения, приводя к возникновению интерметаллидов;

различие в величинах удельных электрических сопротивлениях и магнитных свойств соединяемых материалов и сплавов, вызывающих аномалии в плавлении, проплавлении металлов и формировании соединений из разнородных материалов;

- поверхностные свойства твердых и капиллярные характеристики расплавленных металлов и сплавов в условиях формирования соединений из разнородных металлов;

- в ряде случаев (сварка алюминия с другими металлами), наличие в ванне термически и химически стойких окисных пленок алюминия, создающих включения в металле шва;

- необходимость (при пайке) применения активирующих флюсов. Такие флюсы нужно тщательно удалять из соединения, в противном случае они могут стать источником коррозионных повреждений деталей;

различные металлофизические аспекты, обуславливающие протекание процессов образования комбинированных соединений из разнородны материалов определенного фазово-структурного состава и обеспечивающие получение соединений с требуемым уровнем прочности и специальных свойств [3, 4, 5].

При этом предпочтение отдается соединениям в твердой фазе, так как инкубационный период взаимодействия жидкой фазы одного металла с

твердой фазой другого меньше времени образования в этой системе интерметаллидных фаз в результате реакционной диффузии. Анализ экспериментальных данных показывает, что с учетом вида источника энергии инкубационный период взаимодействия обычно составляет от 1(Г3 с до 2...3 с. Очень важно уметь оценить время задержки тр (ретардации)

растворно-диффузионных процессов с целью создания работоспособных соединений из разнородных металлов с ограниченной взаимной растворимостью. В работе [6] для ориентировочных оценок тр предложено

принять допущение о том, что величина межфазной энергии изменяется по экспоненциальному закону. Тогда время ретардации растворно-диффузионных процессов будет равно периоду релаксации пика межфазной энергии до величины е-1. Поэтому для оценочных расчетов величина межфазной энергии Ег может быть определена как, эВ [3,4]:

Ег =^е-(Ет+Еж),а тр=т0ехр

е-(Ет + Еж)

(1.1)

2-к-Т

где ЕТ,ЕЖ - энергия активации диффузии атомов в твердой и жидкой фазах соответственно, эВ;

т0 - время оседлой жизни атома перед последующей сменой места,

г0 =10"пс;

к - постоянная Больцмана, к = 8,6Ы0"5 ; Г - температура процесса, К.

Таблица 1.1

Расчетные значения времени ретардации

Диффундирующие металлы Температура процесса, К Энергия активации диффузии атомов, эВ Время ретардации, с

в твердой фазе в жидкой фазе

573 2,06 0,44 6,6-Ю1"

623 2,7-1014

673 2,4-Ю12

Си - А1(Ж) 573 1,17 0,44 1,6-107

623 4,6-104

673 2,2-103

77 - А1(Ж) 573 1,7 0,44 3,0-Ю10

623 6,6-1016

673 5,4-108

Несмотря на приближенность расчетных оценок и неучет большого количества технологических факторов, в большинстве случаев теоретические прогнозы подтверждаются экспериментально. Именно наличие определенных технологических приемов вызвало к жизни большое разнообразие способов получения разнородных соединений алюминий -конструкционный материал.

1.3 Виды неразъемных соединений, получаемые в промышленности

В настоящее время способы соединения разнородных материалов достаточно широко освещены в литературе [7, 8, 9, 15, 17]. Все они могут быть разделены на две основные группы: разъемные и неразъемные соединения.

Разъемные соединения - это соединения, которые можно разбирать и вновь собирать без повреждения деталей. К разъемным соединениям

относятся резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, байонетные, клеммовые, конусные и др. [7].

Неразъемные соединения - это соединения, которые невозможно разобрать без разрушения или повреждения деталей. К ним относятся заклепочные, сварные, паяные, клеевые соединения, а так же соединения с натягом [7].

Вопросами проектирования и получения заклепочных соединений, а так же обеспечения их герметичности в нашей стране занимались В.З. Кондратов, А.И. Ярковец, С.Л. Васильев, В.Ф. Громов.

Заклепочное (клепаное) соединение (рис. 1.6) представляет собой нахлесточное соединение листов, скрепленных между собой специальными крепежными деталями - заклепками.

В большинстве случаев, заклепка представляет собой цилиндрический стержень, имеющий сформированную закладную головку на одном конце и формируемую в процессе клепки замыкающую головку на другом его конце (рис. 1.6). При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение. Форма и размеры заклепок регламентированы стандартом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Крамской, Александр Владимирович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Первухин Л.Б., Первухина О.Л., Зубченко A.C., Рабинович В.П., Давыдова Н.В. О возможности применения плакированных трубных досок для изготовления теплообменного оборудования // Научно-технический сборник «Вопросы атомной науки и техники». Серия «Обеспечение безопасности АЭС»: сб.ст. - 2012. - №32. - С. 83-91.

2. http://www.rbc.ru/

3. Чуларис A.A. Физико-химические и металлургические основы процессов жидкофазного образования комбинированных соединений титана: диссертация д-ра техн. наук: 05.03.06 / А. А. Чуларис; ДГТУ. - Ростов н/Д, 1997. - 403с.

4. Сварка алюминия и его сплавов с другими металлами / В.Р. Рябов. - Киев: Наукова думка, 1983. - 264 с.

5. Крамской A.B., Чуларис A.A., Людмирский Ю.Г. Способ пайки разнородных материалов с использованием фрикционного трения // Сварка и диагностика. - 2013. -№5. -С. 40-43.

6. Рыкалин Н. Н., Шоршоров М.Х., Красулин Ю.Л. Физические и химические проблемы соединения разнородных материалов // Известия АН СССР, Неорганические материалы. - 1965. - № 1, вып. 1. - С. 72-77.

7. Детали машин: Учеб. для машиностроит. техникумов. - 4-е изд., перераб. и доп / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина. -М.: Высш. Шк., 1987. - 383с.

8. Соединение металлов в твердой фазе / Э.С. Каракозов. - М.: Металлургия, 1976. -264 с.

9. Сварка разнородных металлов и сплавов / В.Р. Рябов. - М: Машиностроение, 1984.-239 е.: ил.

10. Котлышев P.P. Механизм образования соединения и особенности технологии сварки алюминиевых сплавов трением с перемешиванием: диссертация канд-та техн. наук: 05.02.10 / P.P. Котлышев; ДГТУ. - Ростов н/Д, 2010. - 140 с.

11. Технология и оборудование сварки плавлением / Г.Д. Никифоров, Г.В. Бобров,

B.М. Никитин и др. - М.: Машиностроение, 1978. - 327 с.

12. Маркашова Л.И., Григоренко Г.М., Арсенюк В.В. Процесы пластической деформации, массопереноса, фазообразования в условиях повышенных скоростей деформирования // Металлофизика и новейшие технологии. - 2001. - т. 23, №9. - С.1259-1277.

13. Маркашова Л.И., Арсенюк В.В., Бердникова E.H., Богайчук И.Л. Особенности фазообразования в условиях сварки давлением разнородных материалов при высоких скоростях деформирования // Металлофизика и новейшие технологии. - 2001. - №10. -

C.1403-1417.

14. Маркашова Л.И., Арсенюк В.В., Григоренко Г.М. Особенности пластической деформации разнородных материалов при сварке давлением // Автоматическая сварка. -2002,- №5.- С.12-16.

15. Борц Б.В. Исследование зависимости предела прочности границы соединения в твердой фазе разнородных металлов от их пластичности // Научно-технический сборник «Вопросы атомной науки и техники». Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение»: сб.ст. - 2010. - №5. - С. 108-118.

16. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. Т. 1 / Под ред. H.A. Ольшанского. - М.: Машиностроение, 1978. - 504 с.

17. Специальные методы сварки давлением. Учебное пособие / Г.В. Конюшков, P.A. Мусин. - Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2009. - 632 с.

18. Конюшков Г.В. Основоположник диффузионной сварки Николай Федотович Казаков // Сварка и диагностика. - 2007. - №2. - С. 11-16.

19. Пайка металлов / С. В. Лашко, Н. Ф. Лашко. - М.: Машиностроение, 1988. - 376

с.

20. Склеивание в машиностроении: Справочник в 2-х т. Т.1 / Под ред. Г. В. Малышевой. - М.: Наука и инновации, 2005. - 545 с.

21. Склеивание металлов и пластмасс: пер. со сло-вад. / Под ред. А. С. Фрейдина. -М.: Химия, 1985. - 240 е.: ил.

22. Khaled Т. An outsider looks at friction stir welding // Report#: ANM-112N-05-06. -July 2005. - Lakewood, CA, USA. - p. 71.

23. Fonda R.W., Bingert J.F., Colligan K.J. Texture and Grain Evolutions in a 2195 Friction Stir Weld // 5th International Symposium on Friction Stir Welding. - Metz, France, 1416 September 2004. - P. 19.

24. Genevois C., Deschamps A., Denquin A. Characterisation of the microstructural evolution during friction stir welding of aluminium alloys: a comparative study of 5251 and 2024 alloys // 5th International Symposium on Friction Stir Welding. - Metz, France, 14-16 September 2004. - P. 11.

25. Friction Stir Welding and Processing VI / Edited by R.S. Mishra, M.W. Mahoney, Y. Sato, Y. Hovansky, R. Verma. - Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2011. - 416 p.

26. Котлышев P.P., Чуларис A.A., Людмирский Ю.Г. Гипотеза образования соединения при сварке трением с перемешиванием // Сварка и Диагностика. - 2010. - №4. - С.31-35.

27. Людмирский Ю.Г., Котлышев P.P. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов в строительстве // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, 2010. - №3 (19). - С. 15-22.

28. Людмирский Ю.Г., Котлышев P.P., Крамской А.В. и др. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов в электромонтажном производстве [Электронный ресурс]// Вторая международная конференция и выставка «Алюминий-21/ СВАРКА И ПАЙКА»: сб. статей, 20-22 ноября. - СПб, 2012.-1 электрон, опт. диск (CD - ROM).

29. Крамской А.В., Людмирский Ю.Г. Получение неразъемных соединений разнородных материалов// V Научно-практическая конференция «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии»: сб. статей, 11-13 сентября. - Ростов н/Д, 2013.-С. 646-653.

30. Котлышев P.P., Шучев К.Г., Крамской А.В. Расчет температур при сварке трением с перемешиванием алюминиевых сплавов // Вестник Донского гос.техн.универ. -Т. 10. №5(48). - С.693-699.

31. Котлышев P.P. Сварка трением с перемешиванием алюминиевого сплава АДЗ1 // Сварочное производство: сб. тр. молодых учёных ДГТУ. - г. Ростов н/Д, 2009. - С.65-71.

32. Котлышев P.P., Артеменко А.Г. Современное состояние соединения металлов способами сварки трением с перемешиванием // Сварочное производство: сб. тр. молодых учёных / ДГТУ. - Ростов н/Д, 2008. - С. 76-88.

33. Лукин В.И., Иода Е.Н., и др. Особенности формирования сварного соединения при сварке трением с перемешиванием алюминиевого сплава В-1469 // Сварочное производство. - 2012. -№6. - С.36-36.

34. Лукин В.И., Оспенникова О.Г., Иода Е.Н., Пантелеев М.Д. Сварка алюминиевых сплавов в авиакосмической промышленности // Сварка и диагностика. -2013,- №2. -С.47-51.

35. Охапкин К.А. Расчетно-теоретический анализ тепловых процессов при точечной сварке трением // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - № 142. -С. 172-176.

36. Башенко В.В., Охапкин К.А. Выбор параметров режима точечной сварки трением с учетом влияния термического цикла на структуру алюминиевых сплавов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - № 147. - С. 160-163.

37. Инструкция по сварке цветных металлов в электромонтажном производстве И 1.10-07. -Москва, 2007.-34 с.

38. Производство сварных конструкций (изготовление в заводских условиях) / В.Ф. Лукьянов, В.Я. Харченко, Ю.Г. Людмирский. - Ростов н/Д: ООО «Терра Принт», 2006. -336 с.

39. Фролов В.А. и др. Сварка трением с перемешиванием - плюсы и минусы // Сварочное производство. - 2008. - №10. - С. 12-19.

40. Ищенко А.Я. и др. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов (обзор) //Автоматическая сварка.-2007.-№11.-С. 32-38.

41. Cao G., Kou S. Friction Stir Welding of 2219 Aluminum: Behavior of (Al2Cu) particles // Welding journal. - 2005 - January. - P.25-30.

42. Santella M.L. et al. Friction Stir Welding and Processing of Advanced Materials // High Strength Weight Reduction Materials. FY 2004. - Progress Report. - P. 11.

43. Smith С. B. et al. Friction Stir and Friction Stir Spot Welding - Lean, Mean and Green // Friction Stir Link, Inc. W227 N546 Westmound Dr., Waukesha, WI 53186. - 2004. - P. 8.

44. Thomas W.M., Nicholas E.D., Needham J.C. [et al.] / Friction Stir Butt Welding. -U.S. Patent No. 5 460 317. - 1991.

45. www.twi.co.uk.

46. Людмирский Ю. Г., Котлышев P. P., Огрызко С. И., Райков Р. В. Сварка трением с перемешиванием токоведущих шин электровозов // Сварка и диагностика. -2013. -№3. - С.47-49.

47. Сварка трением с перемешиванием: монография / P.P. Котлышев. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2012. - 135 с.

48. Жадкевич М. Л. и др. Сварка и наплавка трением с перемешиванием меди и ее сплавов // Автоматическая сварка. - 2007. - №11. - С. 28-31.

49. Pires J.N. et al.Welding robots technology, system issues and application // Hardcover, XVIII, 2006. - 180 p.

50. Бубенок E.C. Соединение разнородных металлов сваркой трением с перемешиванием (Al-Cu) // Вестник ДГТУ. - №7-8. - С.693-699.

51. ChenY.C., NakataK. Effect of surface states of steel on microstructure and mechanical properties of lap joints of magnesium alloy and steel by friction stir welding // SCRIPTA MATERIALIA. - 2008. - №6. - C.433-436.

52. Liu H., Nakata K., Yamamoto N., Liao J. Grain orientation and texture evolution in pure titanium lap joints produced by friction stir welding // MATERIALS TRANSACTIONS. -2010. -№11. -C.2063-2068.

53. Liao J., Yamamoto N., LiuH., NakataK. Microstructure at friction stir lap joint interface of pure titanium and steel // MATERIALS LETTERS. - 2010. -№21. - C.2317-2320.

54. Yadava M.K., Mishra R.S., Chen Y.L., Carlson В., Grant G.J. Study of friction stir joining of thin aluminium sheets in lap joint configuration // SCIENCE AND TECHNOLOGY OF WELDING AND JOINING. - 2010. - №1. - C.70-75.

55. Liu H., Yamamoto N., Liao J., Nakata K. Friction stir welding of pure titanium lap joint // SCIENCE AND TECHNOLOGY OF WELDING AND JOINING. - 2010. - №5. -C.428-432.

56. Jana S., Hovanski Y., Grant G.J. Friction stir lap welding of magnesium alloy to steel: a preliminary investigation // METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS

A: PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE. - 2010. - №12. - C.3173-3182.

57. Tsung-Yu Pan et al. Spot Friction Welding for Sheet Aluminum Joining // 5th International Friction Stir Welding Symposium 14-16 September.-Metz, France, 2004. - P. 7.

58. Thomas W.M. et al. Friction stir welding - variants and process techniques // The First International Conference 'Joining of Aluminium Structures' 3-5 December. - Moscow, 2007.-P. 16.

59. Крамской A.B. Неразъемные соединения конструкционных материалов, получаемые пластическим деформированием с ротационным нагревом трением// АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ OB'CKTIB ТА ПРОЦЕС1В. ПОШУК МОЛОДИХ: сб. науч. тр. / ДонНТУ. - Донецк, 2012. - С. 386-388.

60. Металлографические реактивы. Справ, изд. / Коваленко B.C. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1981. - 120 с.

61. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. / М.В. Сторожев, Е.А. Попов. - Изд. 4-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1977. - 423 с.

62. Ерофеев В.А. и др. Расчетно-экспериментальная методика определения деформационных свойств алюминиевых сплавов при фрикционной сварке // Сварка и Диагностика. - 2009. - №2. - С.6-10.

63. Тепловые процессы в технологических системах: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» / А.Н. Резников, Резников Л.А. - М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.

64. Макаров Э.Л. и др. Моделирование тепловых процессов при фрикционной сварке // Сварка и диагностика. - 2010. - №3. - С. 21-25.

65. Simar A. et al. Influence of friction stir welding parameters on the power input and temperature distribution in aluminium alloys // 5th International Friction Stir Welding Symposium 14-16 September - Metz, France, 2004. - P. 16.

66. Khandkar M.Z.H., Khan J.A., Reynolds A.P. Prediction of temperature distribution and thermal history during friction stir welding: input torque based model // Science and Technology of Welding and Joining, 2003. - 8. - P. 165-174.

67. Shi Q., Dickerson Т., Shercliff H.R. Thermo-Mechanical FE Modelling of Friction Stir Welding of AL-2024 including Tool Loads// Proc. 4th International Symposium on Friction Stir Welding. -14-16 may 2003, Park City, USA. - P. 11.

68. Сварка металлов трением /В.И. Вилль. - Л., «Машиностроение», 1970. - 176 с.

69. Теплотехнический справочник. / Под общ. ред. В.Н. Юренева в 2-х т. - М: Энергия, 1975. -750 с.

70. Рыкалин Н.Н., Пугин А.И., Васильева В.А. Нагрев и охлаждение при стыковой сварке трением//Сварочное производство, 1959.-№10.- С.15-18.

71. Рыжкин А.А., Шучев К.Г., Бруквицкий Я. О самоорганизации системы резания в условиях электроконтактного подогрева. 4.1 // Безызносноть:Межвуз. сб. науч. ст. -Ростов н/Д, 1998. - Вып. 5. - С. 157-178.

72. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А.Н. Резников. -М.: Машиностроение, 1981.-279 с.

73. Ерофеев В.А., Карпухин Е.В., Логвинов Р.В. Исследование физических явлений при воздействии инструмента на металл в процессе фрикционной сварки // Сварка и диагностика, 2010. - №1. - С. 27-33.

74. De Vuyst Т. et al. Inverse Analysis using a Genetic Algorithm for the Finite Element Modelling of Friction Stir Welding // 5th International Friction Stir Welding Symposium 14-16 September - Metz, France, 2004. - P. 16.

75. McCune R.W. et al. Modelling Friction Stir Welding with the Finite Element Method - A Comparative Study // 5th International Friction Stir Welding Symposium 14-16 September -Metz, France, 2004. - P. 18

76. Gallais C. et al. Modelling the Relationship between Process Parameters, Microstructural Evolutions and Mechanical Behaviour in a Friction Stir Welded 6XXX Aluminium Alloy // 5th International Friction Stir Welding Symposium 14-16 September -Metz, France, 2004. - P. 13.

77. Colegrove P.A., Shercliff H.R. Modelling the Friction Stir Welding of Aerospace // 5th International Friction Stir Welding Symposium 14-16 September - Metz, France, 2004. - P. 21

78. Диаграммы состояния систем на основе алюминия и магния: справочник / М.Е. Дриц и др.. - М.: Наука, 1977. - 228 с.

79. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа: Справ, изд. / О.А. Банных и др.. - М.: Металлургия, 1986. - 440 с.

80. Структуры двойных сплавов: том 1. /М. Хансен, К. Андерко; под ред. И.И. Новикова. -М.: Металлургиздат, 1962. - 608 с.

81. Соловьев С. Д., Кораблев Г. А. Технологические методы получения биметаллических конструкций цилиндрических деталей // Вестн. ИжГТУ. - 2006. - № 1. -С. 34^40.

82. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов (одно-и двухкомпонентные системы): Справочник / В.И. Ниженко, Л.И. Флока. -М: Металлургия, 1981.-208 с.

Area 4

13% KOWJM

7% гн< (i««i PbtH»

52% AUC/fHUÎiUtllirtWWiodW 17% ЛЖ/ЛЛ/ft* Ii •ЛП Pixtu

Q% s»«, au PU««

image

EtementOveriay

iU Ufr

I « OK

s«* AI К I FeK ■ is* ZnK

О K_FtÛI (2Û)

Nälai

LineSoan 1

Element profile plol

Ш я

■ с К

9 о к

AI К В Fe К

■ Zn К

Naics

■ ок

AI К Fe К 0ZnK

[flsüntr IVIfTi«

Nales

LineScan 1

Element profile pial

О К AI К Fe К Zn К

«Утверждаю»

Зам. ген. директора по

производству

3#Т1ром-Энеро-Комплект>> Кухтицкий С.О.

декабря 2013 г.

«Утверждаю» Заведующий кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства», ФГБОУ ВПО «ДОТ»

У/__Полетаев Ю.В.

г—т-

»декабря 2013 г.

Акт внедрения

По НИОКР «Получение нахлесточных соединений за счет фрикционного нагрева поверхности вращающимся инструментом» по договору о творческом сотрудничестве на создание научно-технической продукции №1 от 09.12.2012 г. между ФГБОУ ВПО «ДГТУ» и ЗАО «Пром-Энеро-Комплект».

Комиссия в составе: от ЗАО «Пром-Энеро-Комплект»: Зам. ген. директора по

производству Кухтицкий С.О.

от ФГБОУ ВПО «ДГТУ» : ответственный представитель

аспирант Крамской A.B. профессор Людмирский Ю.Г.

составила акт о том, что результаты исследований процесса получения нахлесточных соединений за счет фрикционного нагрева поверхности вращающимся инструментом позволили разработать технологию плакирования ванны для химического травления алюминиевыми сплавами (АД31.АД0).

Технология процесса получения нахлесточных соединений за счет фрикционного нагрева поверхности вращающимся инструментом передана лаборатории ЗАО «Пром-Энеро-Комплект» с последующим внедрением для плакирования ванны для химического травления.

При передаче проведено следующее:

1. механические испытания контрольных образцов соединения алюминий-сталь, выполненные за счет фрикционного нагрева поверхности вращающимся инструментом;

2. испытания на герметичность контрольных образцов соединения алюминий-сталь, выполненные за счет фрикционного нагрева поверхности вращающимся инструментом.

Представитель Представители