Abstract

Ultrasonic welding (USW) is one of the methods for producing solid-phase joints of thin metal sheets, which in the future can be used to obtain laminated composite materials, for additive manufacturing and renovation of metallic articles. The quality of joints depends on both the processing conditions and the properties of welded metals and alloys. At present, the USW conditions, the properties, and structure of weld joints of strong metals, in particular, of nickel, are underexplored. In this work, the authors studied the influence of the compressive load magnitude on the lap shear strength and the structure of joints of annealed nickel sheets with a thickness of 0.5 mm produced by spot USW. The authors carried out USW at a vibration frequency of 20 kHz with an amplitude of 15 μm, the time of welding was equal to 2 s. The compressive load magnitude was varied from 3.5 to 7 kN. The study showed that with an increase in the compressive load in the considered range of values, the strength of weld joints increased, reached a maximum, and then decreased. The joints obtained at the compressive load of 6 kN demonstrated the highest lap shear strength of 1950 N. A zone of thermomechanical influence with a gradient microstructure is observed near the contact of the welded surfaces. In a layer with a thickness of 10–20 mm, the initial coarse-grained structure of nickel is transformed into an ultra-fine-grained one with a grain size of less than 1 mm. The ultra-fine-grained layer neighbors on crystallites, the size of which is several micrometers and increases with a distance from the contact surface of welded sheets. The authors compared the results of mechanical lap shear tests and structural studies with the data obtained after ultrasonic welding of nickel, aluminum, and copper alloys.

Highlights

  • Рядом с ультрамелкозернистым слоем наблюдаются разориентированные кристаллиты размерами до 10 мкм

  • Подробное исследование влияния параметров Ультразвуковая сварка (УЗС) на величину усилий разрушения сварной точки листов никеля толщиной 0,1 мм выполнено в работе [20]

  • 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

Read more

Summary

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для исследования был выбран отожженный лист никеля технической чистоты марки НП2 толщиной 0,5 мм. В которых предполагалось соединение, очищались путем шлифовки наждачной бумагой, затем промывались изопропиловым спиртом и сушились. Первый лист клался на наковальню, на которой были нанесены бороздки, перпендикулярные направлению колебаний, на нее «внахлест» клался второй лист так, чтобы соприкасались очищенные участки, и образцы прижимались наконечником сварочного инструмента к наковальне. Давление на наконечник осуществлялось прессом, передающим статическую нагрузку примерно на середину сварочного инструмента, где находился узел колебаний. Амплитуда колебаний сварочного наконечника в процессе сварки контролировалась емкостным виброметром и составляла 15 мкм, время сварки – 2 с. В результате сварки были получены образцы соединения, один из которых изображен на рис. За погрешность измерений принимали величину стандартной ошибки. Количественный микроструктурный анализ выполняли в соответствии с требованиями ГОСТ 21073-75, за величину зерна (d) принимали его диаметр

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call