2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.25515/pmi.2018.1.84 pmi-11918 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/11918 Электромеханика и машиностроение Electromechanics and mechanical engineering Basic provisions and problems of ELW technology for the manufacture of aluminum-magnesium alloys constructions Основные положения и проблемы технологии ЭЛС применительно к изготовлению конструкций из алюминиево-магниевых сплавов Pryakhin E. I. Пряхин Е. И. Pryakhin E. I. mthi@spmi.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) Sharonov N. I. Шаронов Н. И. Sharonov N. I. mthi@spmi.ru Центральный научно-исследовательский институт материалов (Санкт-Петербург, Россия) Central Research Institute of Materials (Saint-Petersburg, Russia) 22 02 2018 2018 229 84 91 30 08 2017 23 11 2017 22 02 2018 © 2018 Е. И. Пряхин, Н. И. Шаронов © 2018 E. I. Pryakhin, N. I. Sharonov 2018 Е. И. Пряхин, Н. И. Шаронов E. I. Pryakhin, N. I. Sharonov Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/11918

Рассмотрены существующие проблемы электронно-лучевой сварки конструкций из алюминиевых сплавов. Для исследований использовался алюминиево-магниевый сплав марки 1561 толщиной до 60 мм. Исследовано тепловое поле в зоне термического влияния экспериментально и аналитически на основе метода конечных элементов (программа «Ansys»). Изучено влияние на качество швов формы движения (ска-нирования) электронного луча и поверхности свариваемых деталей. На основе металлографических исследо-ваний и механических испытаний металла сварных соединений доказано, что высокое качество сварных со-единений обеспечивается при движении луча по кривой типа «сжатая скоба». Для управления электронным лучом разработан специальный генератор, который позволяет реализовать новый вид сканирования (сжатая скоба). Изложены основы технологии сварки сплава 1561 толщиной до 60 мм. Даны конкретные рекомендации и предложены две новые методики, которые позволят успешно использовать разработанную технологию на заводах при производстве новой продукции и при ремонте. Приведены примеры и анализ термических циклов, полученных расчетным путем и экспериментальным способом. Установлены закономерности распределения тепла по траектории движения луча при различных видах сканирования. Рассмотрены основные виды дефектов формирования шва и образующихся в металле шва в процессе кристаллизации. Показана их взаимосвязь с параметрами режима сварки.

Existing problems of electron beam welding of aluminum alloy constructions are considered. For research purposes, the aluminum-magnesium alloy of grade 1561 up to 60 mm thick was used. The thermal field in the heat influence zone is studied experimentally and analytically on the basis of the finite element method (the «Ansys» program). The effect of electron beam movement (scanning) influence on the quality of welded connections and the surface of the welded parts was studied. On the basis of metallographic studies and mechanical tests of welded metal, it is proved that high quality of welded joints is ensured when the beam moves along a curve of the «compressed brackets» shape. A special generator is designed to control the electron beam, which allows to implement a new type of scanning (compressed brackets). The fundamentals of welding technology for alloy 1561 up to 60 mm thick are outlined. Specific recommendations are given, and two new methods are proposed that will allow the successful use of the developed technology in factories in the production of new products and in the repair processes. Examples and analysis of thermal cycles obtained by calculation and experimental method are given. The patterns of heat distribution along the trajectory of the beam movement for different types of scanning are established. The main types of defects in the formation of the welded joints and those formed in the metal during crystallization are considered. Their interrelation with the parameters of the welding mode is shown.

 Ключевые слова electron beam welding thermal influence electron beam welded joints alloy 1561 aluminum alloy Keywords электронно-лучевая сварка термическое влияние электронный луч сварные соединения сплав 1561 алюминиевый сплав Акопьянц К.С. Влияние круговой развертки электронного луча на предотвращение корневых дефектов при сварке / К.С.Акопьянц, Г.А.Шилов / Международная конференция по электронно-лучевой технологии. Варна, 1985. София, 1985. С. 229-234. Беленький В.Я. Развертка электронного пучка по Х-образной траектории как средство уменьшения дефектов в корне шва при электронно-лучевой сварке // Автоматическая сварка. 1986. № 9. С. 35-37. Бондарев А.А. Свариваемость сплава АМг6 электронным лучом в различных пространственных положениях / А.А.Бондарев, Д.М.Рабкин, О.С.Кузьменок // Автоматическая сварка. 1976. № 12. С. 34-37. Борисова Н.В. Формирование систем «Алюминий – оксид алюминия» при термообработке наноразмерных слоев алюминия / Н.В.Борисова, В.П.Морозов, Г.О.Еремеева // Ползуновский вестник. 2009. № 3. С. 240-244. Кайдалов А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии. Киев: Экотехнология, 2004. С. 177-178. Миткевич Е.А. К модели теплового источника при ЭЛС / Е.А.Миткевич, Д.И.Иванов, Г.А.Туричин // ФиХОМ. 1989. № 3. С. 109-111. Патон Б.Е. Современное состояние и новые технологии электронно-лучевой сварки конструкций / Б.Е.Патон, А.А.Бондарев // Автоматическая сварка. 2004. № 11. С. 23-30. Прибор управления электронным пучком при сварке // А.М.Васильев, В.А.Гончаров, Б.Г.Кривков, В.В.Солянкин, Н.И.Шаронов // Судостроительная промышленность. Серия «Сварка». 1988. Вып. 6. С. 11-12. Рабкин Д.М. Особенности электронно – лучевой сварки алюминиевых сплавов / Д.М.Рабкин, Н.М.Воропай, А.А.Бондарев // Автоматическая сварка. 1971. № 2. С. 48-52. Язовских В.Я. Влияние развертки луча на формирование макроструктуры металла шва при электронно-лучевой сварке с глубоким проплавлением / В.Я.Язовских, Т.В.Ольшанская // Вестник Пермского государственного технического университета. Механика и технология материалов и конструкций. 1999. № 2. С. 225-235. Arata V. Fundamental feature of advanced laser and electron beam technology // 4th CISFFIL. Cannes. 1988. P. 21-41. Penetration mechanism of electron beam Welding and spiking phenomenon / C.l.Mara, E.R.Funk, R.C.McMaster, P.E.Pence // Welding Journal. 1974. Vol. 53. № 6. P. 246-251. Residual stresses induced by electronbeamwelding in a 6061 aluminium alloy / V.Robin, T.Pirling, X.Boulnat, M.Perez // Journal of Materials Processing Technology. 2016. Vol. 235. P. 1-12.