postgraduate student, research assistant
аспирант, стажер-исследователь
PhD (Engineering), Associate Professor, senior researcher
кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Deputy Director for Science
доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе
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.
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.