Соединение деталей из сплава системы Cu–Al с эффектом памяти формы и конструкционных металлов методом дугоконтактной сварки

Abstract

Сплавы с эффектом памяти формы, изменяющие конфигурацию детали при нагревании, а также сохраняющие упругость при деформации до 8...10 %, находят все большее применение в промышленных изделиях и аппаратах в качестве термоактивируемых элементов. Техническое использование сплавов системы Cu–Al вместо хорошо изученного сплава системы Ti–Ni (нитинола) позволяет снизить стоимость изделия и расширить область применения до высоких температур (около 400 °С). Расширение номенклатуры изделий с элементами из сплавов с эффектом памяти формы требует изучения возможности соединения металлов этой системы с конструкционными металлами, в частности, с крепежом типа шпилек. Исходя из имеющегося опыта, были изучены соединения шпилек из низкоуглеродистой стали марки Ст.3 и нержавеющей 12Х18Н9Т, а также латуни Л63 и алюминиевого сплава АМг3 методами дугоконтактной сварки разрядом конденсаторов и импульсом постоянного тока. Получены хорошие результаты при конденсаторной приварке шпилек из перечисленных материалов, кроме АМг3. Последнее объясняется большим несоответствием теплофизических свойств соединяемых металлов. При сварке постоянным током, вследствие увеличения времени сварки, прочные соединения получены лишь со шпильками из стали Ст.3. Показано, что импульсные методы сварки дают возможность сохранения функциональных характеристик деталей из сплавов с эффектом памяти формы. Обнаружена неоднородность структуры металла стыка при сварке разнородных материалов, которая объясняется малой продолжительностью существования расплава (неполным перемешиванием) и гетерогенностью и неодновременностью кристаллизации кластеров соединения. Положительным следствием этого является отсутствие в стыке хрупких интерметаллидов типа FeAl3 и сохранение пластичности при деформации соединений со стальными шпильками.

Shape-memory alloys changing part configuration at heating, as well as preserving their elasticity at up to 8–10 % deformation, are becoming ever wider applied in industrial products and apparatuses as thermally-activated elements. Commercial application of alloys of Cu–Al system instead of well-studied alloy of Ti–Ni system (nitinol) allows lowering product cost and expanding the application area up to high temperatures (about 400 °C). Widening the range of products with elements from shape-memory alloys requires studying the possibility of joining metals of this system with structural metals, in particular, with stud-type fasteners. Proceeding from available experience, joints of studs from low-carbon steel of St.3 grade and 12Kh18N9T stainless steel, as well as L63 brass and AMg3 aluminium alloy produced by the methods of arc-contact welding by a capacitor discharge and by DC pulse were studied. Good results were obtained at capacitor welding of studs from the above materials, except for AMg3. The latter is attributable to greater mismatch of thermophysical properties of the metals joined. In DC welding, strong joints were produced only with studs from St.3 steel, because of greater time of welding. It is shown that pulsed welding methods enable preserving functional properties of parts from shape-memory alloys. Inhomogeneity of butt metal structure was found in dissimilar metal welding, which is attributable to short-time existence of the melt (incomplete mixing) and heterogeneity and non-simultaneity of joint cluster solidification. A positive consequence of that is absence of brittle intermetallics of FeAl3 type in the butt and preservation of ductility at deformation of joints with steel studs.