СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

АЛЮМИНИЙ, МАГНИЙ И ИХ СПЛАВЫ

(Арбузов Ю. П., Лукин В. И.)

24.1. Основные марки сплавов и их свойства

Все алюминиевые и магниевые сплавы разделяются на две большие группы: деформируемые и литейные Среди деформируемых алюминиевых сплавов следует выделить сплавы, которые по своему назначению относятся к ко­вочным сплавам Деформируемые алюминиевые и магниевые сплавы в свою очередь подразделяются на сплавы, не упрочняемые и сплавы упрочняемые термической обработкой (табл. 24 1) Большинство литейных сплавов отно­сятся к группе сплавов, упрочняемой термической обработкой. Механиче­ские свойства различных полуфабрикатов представлены в табл 24 2

24.2. Свариваемость алюминиевых и магниевых сплавов

Свариваемость — совокупность определенных свойств материала, позволяющих при рациональном технологическом процессе по­лучать качественные сварные соединения. Часто свариваемости оценивается сопоставлением свойств сварных соединений с ана­логичными свойствами основного металла. Принято рассмат­ривать склонность материала к образованию дефектов при сварке (трещин, пор, оксидных плен и другие дефекты), свой­ства при статических, повторно статических, высокочастотных и ударных нагрузках, коррозионную стойкость с учетом условий эксплуатации изделий.

МАРКИ, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СВАРИВАЕМОСТЬ АЛЮМИНИЕВЫХ И МАГНИЕВЫХ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ •

Свариваемость (сварка плавлением)

Рекомендуе­

мые

Горячеломкость

Система

Марка

Химический состав,

крестовая проба, К» %

проба

сплава

% (по массе)

без ппи - 1 с ПРН_ 1 с ПРИ' садки садкой, садкой, садки | гр. А 1 гр. Б

марки

сварочной

проволоки

МВТУ,

А,

мм/мин

Алюминиевые сплавы

А. Термические неупрочняемые

А1

АД1

99,3 А1

CB

CB

CB

cbA 97; св. A85

5,0

9,0

А1—Мп

АМц

1,3 Мп

CB

CB

ев АМц

0,7

7,0

Al—Mg

АМН

1,1 Mg

CB

CB

св. AMrl

12,0

6,0

АМг2

2,2 Mg; 0,4 Мп

HC

HC

CB

св. АМгЗ

12

6,0

АМгЗ

3,6 Mg; 0,6 Si; 0,5 Мп

CB

CB

св. АМгЗ

8,0

8,0

АМг4

4,3 Mg; 0,6 Мп; 0,06 Ті

CB

CB

CB

св. AMr4

10

7,0

АМгб

5,3 Mg; 0,6 Мп; 0,06 Ті

CB

CB

CB

св. АМгб

10

7,0

АМгб

6,3 Mg; 0,6 Мп; 0,06 Ті Б. Термически у

CB

прочняем

CB

we

CB

св. АМгб

8,0

8,0

Al—Си

Д20

6,5 Си; 0,6 Мп; 0,15 Ті

CB

CB

Д20

15

6,0

1201

6,3 Си; 0,3 Мп; 0,06 Ті; 0,17 Zr; 0,1 V

CB

CB

св. 1201

5,0

10

01205

6,3 Си; 0,6 Мп; 0,06 Ті; 0,11 Zr; 0,15 Cd

HC

HC

CB

CB. 1201

12

6,0

Al—Mg—Si

АД31

0,6 Mg; 0,5 Si

HC

HC

CB

св. AK5

15

6,0

АДЗЗ

1,1 Mg; 0,25 Си; 0,6 Si;

HC

HC

CB

св. AK5

12

6,0

АД35

0,25 Cr

1,1 Mg; 1,0 Si; 0,7 Mn;

0,25 Cr

HC

HC

CB

св. AK.5

12

6,0

АВ

0,7 Mg; 0,3 Си; 0,85 Si; 0,25 Mn

HC

HC

CB

св. AK.5

10

7,0

Свариваемость (сварка плавлением)

Рекомендуе­

мые

Г орячеломкость

Система

Марка

Химический состав»

кресто­

проба

сплава

% (по массе)

без при­садки

с при­садкой, гр. А

с при­садкой, гр. Б

марки

сварочной

проволоки

вая проба, К. %

МВТУ,

А.

мм/мин

А1—Zn—Mg

В 92ц

4,4 Mg; 3,2 Zn; 0,8 Мп; 0,13 Zr; 0,14 Сг

СВ

СВ

НС

св. В92ц

12

6,0

1915

1,1 Mg; 3,7 Zn; 0,4 Мп 0,18 Zr

НС

НС

СВ

св. 1557

10

7,0

Al—Mg—Си

ВАДІ

2,5 Mg; 4,1 Си; 0,6 Мп; 0,06 Ті; 0,15 Zr

СВ

СВ

НС

ВАД1

10

7,0

Д1

0,6 Mg; 4,3 Си; 0,6 Мп

НС

НС

НС

D1

40

2,0

Діб

1,5 Mg; 4,3 Си; 0,6 Мп

НС

НС

НС

D16

50

1,0

Д19

2,0 Mg; 4,0 Си; 0,75 Мп

НС

НС

НС

Д19

45

2,0

Al—Mg—Си—Zn

В95

2,3 Mg; 1,7 Си; 6,0 Zn; 0,4 Мп; 0,18 Сг

НС

НС

НС

В95

50

1,0

В96

2,6 Mg; 2,3 Си; 8,5 Zn

НС

НС

НС

В96

60

1,0

Al—Mg—Si—Си

АК6

АК8

0,6 Mg; 2,2 Си; 0,9 Si; 0,6 Мп

0,6 Mg; 4,3 Си; 0,9 Si; 0,7 Мп

НС

НС

НС

НС

НС

НС

А Кб АК8

45

50

Al—Mg—Си—Fe—Si

АК4

1,6 Mg; 2,2 Си; 1,2 е; 1,3 Ni

НС

НС

НС

АК4

60

АК4-1

1,6 Mg; 2,2 Си; 1,2 е; 1,2 Ni

НС

НС

НС

АК4

65

Марка

Химический состав,

Свариваемость (сварка плавлением)

Рекомендуе­

мые

сплава

% (по массе)

без при­садки

с при­садкой, гр. А

с при­садкой, гр. Б

марки

сварочной

проволоки

Г орячеломкость

кресто­

вая

проба,

К, %

проба

МВТУ,

А,

мм/мин

Система

Магниевые сплавы

А. Термические неупрочняемые

Mg—Мп

MAI

1,9 Mn

CB

CB

HC

MAI

10

_

MA8

1,9 Mn; 0,25 Ce

HC

HC

CB

MA2-1

20

Mg—Zn

MA20

(ВМД8)

1,25 Zn; 0,2 Ce; 0,09 Zr

HC

HC

CB

MA20-1

10

Mg—Al—Zn

MA2

3,5 Al; 0,5 Zn; 0,3 Mn

HC

HC

CB

MA2-1

15

__

MA2-1

4,4 Al; 1,1 Zn; 0,4 Mn

CB

CB

HC

MA2-1

20

M g—Zn—Cd—La

MA15

(ВМДЗ)

1,6 Cd; 3,0 Zn; 0,9 La; 0,7 Zr

HC

HC

HC

MA15

30

Mg—Zn—Cd—Nd

MA19

(ВМД6)

0,6 Cd; 6,2 Zn; 1,7 Nd; 0,7 Zr

HC

HC

HC

MA19

>30

Б. Термические упрочняемые

Mg—Zn

MAI 4 (BM65-1)

5,5 Zn; 0,6 Zr

HC

HC

HC

MA14

>40

Mg—Nd

MA12

3,0 Nd; 0,6 Zr

CB

CB

HC

MAI 2

15

Mg—Al—Zn

MA5

8,5 Al; 0,5 Zn; 0,3 Mn

CB

CB

HC

MA5

20

Mg—Mn—Nd

MAI 1

3,0 Nd; 2,0 Mn-. 0,2 Ni

HC

HC

HC

MAI 1

>40

Примечания: 1. св — сплав свариваемый; не — сплав трудносвариваемый* 2. «Гр. А» — проволока химического состава основного металла, «гр. Б» — проволока химического состава не идентична с основным металлом. 3. при контактной сварке (точечной, роликовой) все сплавы относятся к сплавам свариваемым (св.).

Спл ав

4>

X

X

Лист S = 2

мм

Лист S — 10

мм

Плита S = 20 мм

Профиль

Поковка т =50—100 кг

о

н

о

V

V

ао,2’

е, %

V

°0.2’

V

0О.2’

6, %

V

°0.2-

6, %

U

МПа

МПа

МПа

МПа

МПа

МПа

МПа

МПа

МПа

МПа

Алюминиевые сплавы

АД0

М

80

3,5

35

80

3,5

35

АД1

н

150

100

6

150

100

6

АМц

м

120

60

40

110

60

25

п

170

130

25

170

130

25

150

120

22

н

220

280

5

220

180

5

AMrl

м

н

120

200

65

180

25

6

АМг2

м

190

80

25

170

16

180

.—

7

150

130

н

270

220

4

220

15

-

230

12

АМгЗ

м

п

220

250

100

200

25

7

190

80

15

190

15

180

80

12

170

----- -----

12

АМг4

м

н

280

340

140

160

20

12

260

120

15

АМгб

м

300

150

20

280

130

15

-

300

150

15

н

340

160

14

320

170

23

270

120

15

АМгб

м

340

170

20

320

160

15

345

170

20

340

180

21

н

400

300

9

400

310

7

355

190

19

■—

Д20

Т1

400

300

10

380

280

8

380

280

8

350

240

8

400

320

12

1201

Т1

430

320

60

400

300

10

450

350

7

420

350

8

380

270

10

Т1Н

450

350

55

420

340

6

460

350

5

01205

Т1

440

350

9

420

330

7

420

320

7

465

370

8

445

365

7

Д21

Т1

.—

430

350

9

АД31

т

170

80

22

170

80

22

140

70

13

Т1

240

190

11

240

190

11

235

200

13

255

227

12

240

200

11

Сплав

Состояние

Лист S = 2

мм

Лист S = 10 мм

Плита S = 20 мм

Профиль

Поковка m — 80—100 кг

V

МПа

ао.2-

МПа

в, %

V

Мпа

°0,2'

МПа

6, %

V

МПа

СТ0.2’

МПа

6, %

•V

МПа

°0.2'

МПа

б, %

V

МПа

СТ0.2'

МПа

б, %

АДЗЗ

т

250

110

19

250

110

19

180

110

15

Т1

310

260

14

310

260

14

290

270

10

290

260

12

270

20

8

АД35

Т

240

140

18

240

140

18

270

200

13

270

200

13

_

_

_ .

Т1

320

250

12

320

250

12

330

300

10

330

300

10

330

300

10

АВ

Т

250

160

23

250

160

23

__

_

__

180

__

14

_

_

__

Т1

320

270

13

320

270

13

330

290

13

335

295

12

300

260

10

В 92ц

Т

400

250

15

400

250

15

420

280

12

440

320

10

420

280

10

Т1

420

300

12

420

300

12

470

360

8

430

300

8

1915

Т

350

220

17

350

220

17

__

__

__

370

250

11

350

220

14

Т1

380

300

10

380

300

10

420

260

14

400

320

10

370

290

12

ВАД1

Т

420

290

8

440

340

7

420

270

7

430

310

10

_

_

_ .

Т1

430

300

7

450

360

6

410

290

7

Д1

Т

370

200

15

380

200

15

380

220

11

380

230

12

360

180

6

Д16

Т

420

280

13

440

280

10

420

280

6

430

310

15

__

.

_

Т1

465

355

12

465

360

8

-

445

370

11

Д19

Т1

430

280

12

435

280

10

В95

Т1

520

440

14

—•

600

550

8

610

550

10

В96

Т1

680

640

7

*—

4>

X

Лист 5=2 мм

Лист S = 10 мм

Плита S = 20 мм

Профиль

Поковка m =80—100 кг

Сплав

X

к

н

о

о

U

V

МПа

°0,2'

МПа

6, %

V

МПа

°б.2’

МПа

б, %

V

МПа

СТ0,2’

МПа

6, %

V

МПа

fo.2’

МПа

б, %

V

МПа

СТ0,2’

МПа

«о

Магниевые сплавы

МА1

М

220

140

8

200

130

6

б/т. 0

240

---

4

—•

МА8

М

260

140

15

230

120

10

б/т. о

210

110

10

220

-- --

10

М20

М

240

160

20

220

150

18

--

б/т. о

_

_

210

110

20

250

180

20

МА2

б/т. о

270

170

12

270

170

8

МА2-1

М

270

170

14

270

170

12

б/т. о

270

160

16

180

170

10

240

5

МА15

М

270

200

6

250

180

4

—.

—•

(ВМДЗ)

б/т. о

270

200

5

280

230

5

270

170

5

МА19

(ВМД6)

б/т. о

пру

390

ток

340

8

МА14 (ВМ65-1) МА12

ТЗ

ТІ

300

200

7

280

180

6

340

290

10

300

280

250

150

12

8

МА5

Т

пру

310

ток

220

8

МАП

ТІ

280

150

12

---

270

130

12

Примечание. Для различных видов обработки принято следующее обозначение: М — мягкий, отожженный; П — полуиагар - тованный, Н — нагартованиый, Т — закаленный и естественно состаренный, Т1 — закаленный и искусственно состаренный, ТЗ — искусственно состаренный, б/т. о — без последующей термической обработки.

В табл. 24.1 приведена оценка свариваемости сплавов при сварке их плавлением (дуговая сварка неплавящимся электро­дом в среде инертных газов) и контактной сварке (точечная и роликовая). Выбор марки сварочной проволоки при сварке, при­хватке и подварке сплавов осуществляется в соответствии с ре­комендациями, представленными в табл. 24.1.

24.2.1. Дефекты в сварном соединении

При дуговой сварке алюминиевых сплавов в среде инертных га­зов встречаются различные дефекты: газовая пористость

(~48%), оксидные плены (~32 %), вольфрамовые включения (~12 %), трещины, несплавления и смещение кромок и др.

Кристаллизационные (горячие) трещины, окисные плены, непровар, несплавление, обнаруженные в сварном соединении,

ТАБЛИЦА 24.3

СВАРОЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ (ПОРЫ, ВОЛЬФРАМОВЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ И ДР.). ДОПУСТИМЫЕ БЕЗ ИСПРАВЛЕНИЯ

Толщина свариваемого материала S. мм

I

11

I

11

11

I

II

I

11

I

1

единичные

дефекты

Скопление мелких дефектов (иа площади 1 сма при протя­женности не более 20 мм)

цепочка мелких дефектов

диамето D,. мм. не более

диаметр дефекта dlt мм,

не более

расстояние между дефек - 1 тами 1, мм» ие менее

Количество дефектов п, мм, ие более

диаметр дефекта </2 мм, не более

расстояние между дефек­тами /2» ММ, НЄ МЄНЄЄ

суммарная протяженность дефекта ZLt мм, ие более

До 3

0,45

0.5S

0.2S

0.25S

2,5

2,0

6

8

0,15

0,15S

3

2

15

20

3—6

1,5

1,7

0,6

0,7

3,0

2,5

0,4

0,6

6—10

1,8

2,0

0,8

1,0

4,0

3,0

10

1,5

0,7

0,8

4

3

20

25

Свыше

2,5

3,0

1,0

1,2

5,0

4,0

0,9

1,0

10

Примечания: I. независимо от толщины свариваемого материала допускается единичный дефект на 100 мм шва в количестве 3 шт. (I категория) и 5 шт. (II категория): 2. скопление мелких дефектов: для I категории 100 мм шва — 2 участка; для II кате­гории иа 100 мм шва — 3 участка; 3. цепочка мелких дефектов: для I категории на 100 мм шва — 1 шт; для II категории иа 100 мм шва — 2 шт.

подлежат обязательному устранению. Что касается пор, воль­фрамовых включений, раковин и других дефектов, то они допускаются без исправления конструкции в определенном коли­честве и объеме. Дефекты, выходящие по размерам и количе­ству из нормы, приведенные в табл. 24.3, 24.4, подлежат ис­правлению методом подварки. Суммарная длина дефектных участков, подлежащих подварке, не должна превышать 20 % длины шва (но не более 300 мм) для сварных соединений I ка­тегории и для II категории — 30 % (но не более 400 мм). Длина единичного дефектного участка не должна превышать 60 мм при расстоянии между ними не менее 100 мм (I категория) и 80 мм (II категория).

24.2.2. Сопротивляемость ГТ

При сварке сплавов Al—Mg, Al—Си, Al—Zn и Al—Si установ­лена повышенная склонность к трещинообразованию на сплавах с максимальным эффективным интервалом кристаллизации. Ме­таллургические способы уменьшения склонности к трещинам заключаются во введении в основной металл и сварочную про­волоку отдельных химических элементов, которые, изменяя эф­фективный интервал кристаллизации и пластичность металла в твердо-жидком состоянии, оказывают влияние не только на величину горячеломкости металла при сварке, но и позволяют за счет смещения неравновесного солидуса по отношению к рав­новесному перенести трещину из опасной зоны (зоны сплавле­ния) в наплавленный металл.

Технологические мероприятия по уменьшению трещин в свар­ном соединении находятся во взаимосвязи с темпом деформации в температурном интервале хрупкости, а также с наличием кон­центратора напряжений.

Во избежание образования кристаллизационных трещин сле­дует обратить внимание на жесткость стыкуемых деталей. При сварке деталей с резким перепадом толщины необходимо преду­сматривать со стороны точеных деталей (фланец, шпангоут и др.) полку, длина которой должна составлять 2S (S — тол­щина стыкуемых деталей в зоне сварки), но не менее 30 мм. Для уменьшения жесткости свариваемых деталей из тонколис­тового материала (S<2 мм) рекомендуется зиговка заготовок.

В зависимости от толщины материала при сварке врезных фланцев на цилиндрических и сферических поверхностях уста­навливается минимально допустимый диаметр. Так, для мате­риалов толщиной до 2 мм — диаметр не менее 60 мм, при тол­щине до 6 мм — не менее 120 мм и т. д. Наблюдаются трещины при сварке в зоне термического влияния, если шероховатость поверхностей свариваемых элементов составляет Rz>40 мкм.

Толщина свариваемого материала, мм

------------- —--------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- ц_

Категория свароч

I

и | I

II

I

II

I

II

подрез в зоне сплавления со стороны усиления шва

глубина hif не более

длиной L, не более

расстоянием между ними /, не менее

суммарной протя­женностью XL, не более

мм

До 3 3—6 6—10 Свыше 10

0,04S

0,25

0.1S

0,3

0,35

50

80

80

50

0,1 Lm

0,15ІШ

При выполнении соединения в «отбортовку» на сплавах с 0„>25О МПа (Амгб, АМгб, Д20 и др.) очень часто на прак­тике в районе гиба наблюдаются микронадрывы, которые яв­ляются очагом образования трещины при сварке. Следует из­бегать соединения «по кромке», так как в них возможно появ­ление несплавления и трещин в корне шва из-за наличия оксид­ной пленки на поверхности металла. При изготовлении изделий со швами различной протяженности рекомендуется в первую очередь выполнять швы большой протяженности и швы макси­мального сечения, а затем короткие швы.

24.2.3. Оксидные пленки

Высокая химическая активность Al, Mg и их сплавом с кис­лородом приводит к образованию на поверхности металла ок­сидов (А120з, MgO). Толщина пленки при комнатной темпера­туре увеличивается во времени. Оксидные пленки относятся к группе плотных пленок (А1203, у = 4,00; MgO, у = 3,65), кото­рые предохраняют металл от дальнейшего окисления и взаимо­действия его с окружающей'Средой. На поверхности двойных сплавов алюминия с элементами меди, марганца, кремния, же­леза, цинка образуется оксидная пленка, по структуре анало­гичная пленке на чистом алюминии.

По данным А. В. Курдюмова, при содержании в сплаве Mg<0,02 % в оксидной пленке обнаруживается шпинель MgAl204 и у-А1204, при 0,01—0,1 % Mg оксидная пленка со - < гоит из MgAl204 и MgO. В оксидной пленке преобладает MgO уіи содержании магния в алюминиевых сплавах >1 %. Обра-

КРОМОК) ДОПУСТИМЫЕ БЕЗ ИСПРАВЛЕНИЯ

кых соединений

I 1 II

I

II

I

II 1 1

II

смещение свариваемых кромок

на всей длине

м естиое

по высоте Яц не более

по высоте Я, не более

длиной L не более

суммарной протя­женностью 2L, не более

мм

0,1S

0.15S

0,2S

0.3S

0,1 Lm «200)

0,151ш

«250)

0,151ш

0,21ш

0.1S

0.15S

2,0

3,0

«1.5)

<2,0

зованием рыхлой оксидной пленки MgO на поверхности маг - налиевых и магниевых сплавов объясняется их повышенная склонность к образованию пористости при сварке. Введение малых добавок бериллия в сплавы системы Al—Mg снижает окисляемость в десятки раз.

Наличие на поверхности металла тугоплавкой пленки(Гпл°3= = 2050°С; 7^л° = 2800°С) с высоким электросопротивлением оказывает отрицательное влияние на стабильность протекания процесса сварки. Оксидная пленка не плавится и не раство­ряется в жидком металле сварочной ванны. К этому следует добавить, что оксидная пленка активно адсорбирует влагу. При нагреве происходит диссоциация пара с выделением водорода — основного источника пор в сварных швах.

В связи с этим для обеспечения формирования наплавлен­ного металла при сварке необходимо разрушить оксидную пленку. Это достигается за счет катодного распыления при го­рении сварочной дуги в среде аргона (переменный ток, постоян­ный ток на обратной полярности) или за счет высокой концен­трации тепла при сварке в гелии на постоянном токе прямой полярности.

24.2.4. Газовая пористость

Многолетняя статистика брака сварных конструкций позво­ляет установить, что одним из основных дефектов (~48 %) при сварке алюминиевых и магниевых сплавов является газовая по­ристость.

Исследования взаимодействия Al и Mg с различными газами показали, что наибольшую растворимость в них имеет водо­род. Так, анализ газов в А1 при температуре 1200°С показал следующее соотношение: 78 % Н, 12 % СО, 4 % С02, 6 % N. В твердом алюминии водород практически нерастворим (S™ = = 0,036 см3/100 г). Заметная растворимость наблюдается лишь с увеличением температуры до 660 °С и выше (S*2 = 0,69 см3/ 100 г) и находится в зависимости от времени выдержки и дав­ления газа над расплавом. Значительно увеличивается раство­римость водорода у магния в жидком и в твердом состояниях (S«* =51 см3/100 г и SS ==19 см3/100 г). Растворимость водо­рода в алюминии снижается при введении Си, Si и Sn, тогда как присадка Mn, Ni, Mg, Fe, Сг, Zr, Th и Ті, наоборот, ее по­вышает.

Причиной образования пористости в сварных швах из алю­миниевых и магниевых сплавов является водород. К основным источникам появления водорода при сварке в среде инертных газов следует отнести: влажность защитной инертной среды, загазованность основного и присадочного металла, а также при­сутствие влаги на поверхности свар’иваемого материала. При этом основной объем газа (около 60%) приходится на поверх­ность металла сварочной проволоки.

Основные направления в разработке средств повышения плотности сварного соединения предполагают:

а) химическую, тепловую и механическую обработку поверх­ности (химическое травление, прогрев проволоки в аргоне, Т = 250—300°С, шабрение кромок Яг<40 мкм);

б) соблюдение нормативной длительности хранения матери­ала перед сваркой (основной металл после шабрения <3 ч; сварочной проволоки после химического травления <8 ч);

в) обеспечение культуры производства (влажность 75— 85%, запыленность IV класс чистоты, температуры 18—20°С);

г) уменьшение доли участия поверхности сварочной прово­локи при формировании наплавленного металла (увеличение диаметра сварочной проволоки с 1,5 до 3 мм; освоение формы разделки кромок под сварку С1, СЗ вместо С5 и С6, уменьше­ние числа проходов при выполнении сварочного соединения);

д) эффективное воздействие на условие кристаллизации жид­кого металла сварочной ванны (скорость всплывания газового пузырька должна превышать скорость кристаллизации, чему способствуют подогрев, погонная энергия дуги, дополнительные источники тепла: двухдуговая, трехфазная сварка и т. д.);

е) механическое воздействие на жидкий металл сварочной ванны (обработка УЗК. при сварке, магнитное перемешивание и др.).

24.2.5. Вольфрамовые включения

Сварку Al, Mg и их сплавов производят, как правило, не - плавящимся (вольфрамовым) электродом в атмосфере инерт­ного газа. Высокая температура плазмы электрической дуги, достигающая 6000—10 ООО К, и высокая плотность тока (~ 104—106 А/см2) создают значительные тепловые нагрузки на электрод, работающий в условиях дугового разряда. Снижение дефектности по вольфрамовым включениям в сварном соедине­нии возможно путем повышения эрозионной стойкости воль­фрама за счет введения оксидов (оксид лантана или оксид ит­трия и др.). Стойкость к токовым нагрузкам вольфрама марки ВЧ меньше, чем у других марок (ВЛ, СВИ, ВИ). Более долго­вечен в эксплуатации за счет высокой эмиссионной способности вольфрам с оксидом лантана (ВЛ) или оксидом иттрия (ВИ-20, ВИ-30, СВИ-1). Этот вольфрам поддерживает более высокую устойчивость дугового разряда.

Оптимизации технологии сварки способствует уменьшению тепловой перегрузки электрода со стабильной защитой W от воздействия окружающей среды. Для уменьшения перегрева W регламентируется продолжительность выполнения сварки. Следует избегать коротких замыканий электрода при сварке, обратив особое внимание на условия выполнения сварного со­единения (труднодоступные места, сварка в пространственном положении и т. д.).

Наибольшая стойкость W при сварке на постоянном токе прямой полярности, меньшая — при переменном токе, минималь­ная— при постоянном токе обратной полярности. Оптимальный расход газа обеспечивает стабильный процесс горения-дуги и хорошую защиту W от воздействия окружающего воздуха, а тем самым повышается стойкость W и уменьшается дефектность в сварных соединениях.

24.3. Технология сварки и свойства сварных соединений

24.3.1. Особенности технологии сварки

Наибольшее распространение при изготовлении сварных конст­рукций из легких цветных сплавов получила дуговая сварка в среде инертных газов.

Особенности сварки алюминиевых и магниевых сплавов предопределяют повышенные требования к ее технологии. Пер­востепенное значение приобретает культура производства. В сборочно-сварочных цехах не допускается выполнение работ, связанных с интенсивным образованием пыли и дыма (газовая резка, электродуговая сварка, зачистка абразивными кругами и т. п.). Сварка алюминиевых и магниевых сплавов производится в чистых помещениях, чистота которых достигается их отделкой,

О

(J

X

Контроль сварного узла

Автомати­зация, %

Квалифика­ция рабочих (разряд)

Категория сварні единений

Назначение сварного узла

способ конт­роля

объем, %

автоматическая

сварка

ручная сварка

, сварщик

слесарь сбор­щик

і

Особо ответст­венное

Рентген + ультразвук

100

выбо­

рочно

100

0

VI

V

п

Ответственное

Рентген

100

80

20

V

IV

ш

Не ответствен­ное

Визуально

10 0

0

100

IV

III

тщательной уборкой. Все подгоночные и сварочные работы вы­полняются в чистой специальной одежде и в сухих чистых хлоп­чатобумажных перчатках. Сварные изделия изготавливают в цехах с относительной влажностью воздуха не более 70%, в районах повышенной влажности не более 80 %. При этом це­ховая температура поддерживается для холодного периода в пре­делах + 18±2°С и теплого +20±2°С.

Наиболее целесообразным, с точки зрения качества сварных швов, является химический способ обработки поверхности ос­новного металла и проволоки. После химического травления допустимая продолжительность хранения заготовок перед меха­нической зачисткой свариваемых поверхностей составляет не более 120 ч (I и II категории сварных соединений) и 200 ч для соединения III категории.

Детали, прошедшие механическую обработку (шабер, фреза, щетка и др.), поступают на сварку не позднее 3 ч (I категория), 5 ч (II категория) и не более 8 ч для сварных соединений III ка­тегории. Срок хранения проволоки после химического травления не более 8 ч. При хранении проволоки в герметичной упаковке (под вакуумом, в среде инертных газов), ее срок хранения воз­растает до 72 ч.

При отработке технологического процесса сварки конкрет­ного узла необходимо уделять внимание точности сборки заго­товок под сварку и возможности применения сборочно-свароч­ной оснастки.

ВЕННОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Дефектность сварного соединения

Культура производства

і Повторные нагревы (подварки)

трещины

оксидные плены

поры

вольфрамовые

включения

запыленность (класс чистоты)

влажность, %

температура Т, °С

Не до­

Не до­

Допу-

Допуска­

VI

70—80

18—20

До

пуска­

пуска­

скается

ются

2

ется

ется

Табл. 24.3

Табл. 24.3

раз

V

80—90

16—24

До

3

раз

90

16-24

24.3.2. Механические свойства сварных соединений

Исходя из условий работоспособности, надежности в процессе эксплуатации сварной конструкции разработчик изделия опре­деляет категорию ответственности сварного соединения: I — особо ответственная, II — ответственная и III — неответствен­ная (табл. 24.5).

При оценке степени ответственности сварного элемента сле­дует принимать во внимание, чго в конструкциях со сварными соединениями в наплавленном металле швов могут возникать напряжения двух родов — рабочие и связующие. В связи с этим, к I и II категории сварных соединений следует относить свар­ные соединения, в которых действуют рабочие напряжения, III категория сварных соединений распространяется на сварные со­единения со связующими напряжениями.

Временное сопротивление стыкового сварного соединения с усилением зависит от способа сварки, толщины свариваемого материала и определяется коэффициентом разупрочнения свар­кой основного металла (табл. 24.6).

Наряду с оценкой горячеломкости при сварке для общей оценки свариваемости необходимо располагать данными по работоспособности сварных соединений по отношению к основ­ным металлам при статическом растяжении, повторно статиче­ском и усталостном нагружениях (табл. 24.7, 24.8).

Состояние материала до и после сварки

Категория

сварного

соединения

Ручная дуговая сварка неплавя - щимся электродом для ТОЛЩИН» ММ

Автоматическая дуговая сварка иеплавящимся электродом для толщни, мм

<3

3—10

>10

<3 j 3—10

>10

Отжиг + сварка

КОЭФФИЦИЕНТ РАЗУПРОЧНЕНИЯ (ла = ав/ав)

ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА

I

0,6

0,55

0,5

0,65

0,6

0,55

II

0,55

0,5

0,45

0,6

0,55

0,5

III

0,5

0,45

0,4

0,55

0,5

0,45

I

0,7

0,65

0,6

0,75

0,7

0,65

II

0,65

0,6

0,55

0,7

0,65

0,6

III

0,6

0,5

0,45

0,65

0,6

0,5

Закалка + искусст­венное старение + сварка

Закалка + сварка 4 + искусственное старение

Термически упрочняемые сплавы

Примечание: 1. Сплавы термически неупрочняемые <JB — временное сопро­тивление разрыву основного металла в отожженном состоянии. 2. Сплавы, термически упрочняемые ав — временное сопротивление разрыву основного металла в исходном состоянии закаленное и искусствеиио состаренное).

1

0,9

0,85

0,8

0,9

0,9

II

0,85

0,8

0,75

0,9

0,85

III

0,70

0,6

0,5

0,8

0,7

Термически неупрочняемые сплавы

0,85

0,80

0,6

Одним из мероприятий по обеспечению равнопрочности (при сохранении пластических характеристик) сварного соединения при сварке сплавов в нагартованном или термически обрабо­танном состоянии является утолщение кромок в зоне сварки, по­лученное механическим способом обработки или химическим фрезерованием. Что касается толщины зоны утолщения кромок стыкуемых деталей, то она определяется расчетным путем, ис­ходя из условий равнопрочности сварного соединения с ос­новным металлом. Одним из основных рычагов повышения ме­ханических свойств сварных соединений является проковка, прокатка роликами сварного соединения в холодном или теп­лом состоянии. Вышеуказанные технологические операции под­лежат всесторонне проверке с целью определения их влияния на пластичность и коррозионную стойкость сварных соединений.

При сварке сплавов термически упрочняемых возможно под­нять прочность сварного соединения до уровня основного ме­талла последующей (после сварки) термообработкой сварного узла (закалка + искусственное старение). При сварке термиче­ски упрочняемых сплавов искусственное старение сварных со­единений повышает предел выносливости на 15—-20 МПа (табл. 24.8).

ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ, АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ (ЛИСТ ТОЛЩИНОЙ 2 ММ)

Р або тос посо биость

Технологи­

ческая

Сплав

Проволока

Состояние

пластичность

^IR'

T)R

%

Алюминиевые сплавы

АДО

СВ. А97

М+св

1,00

0,85

1,0

АД1

св. А5

М+св

0,95

_

0,85

1,0

АМц

св. АМц

М+св

0,9

0,75

0,9

1,0

AMrl

AMrl

М+св

0,9

1,0

АМг2

св. АМгЗ

М+св

0,95

0,9

0,7

1,0

АМгЗ

св. АМгЗ

М+св

0,9

0,85

0,5

0,9

АМг4

св. АМг4

М+св

0,9

0,75

0,75

0,9

АМг5

св. АМгб

М+св

0,9

0,8

0,6

0,85

АМгб

св. АМгб

М+св

0,9

0,8

0,45

0,75

Д20

Д20

Т1+СВ

0,7

0,85

0,75

0,75

1201

св.1201

Т1+св

0,7

0,8

0,7

1,15

1205

св.1201

Т1+св

0,65

0,75

АД31

СВ. АК5

Т1+св

0,8

0,5

АДЗЗ

св. АК5

Т1+Св

0,75

0,7

0,5

0,65

АД35

св. АК5

Т1+св

0,75

0,7

АВ

СВ. АК5

Т1+св

0,7

0,65

В92

В 92и

Т1+св

0,85

0,65

0,6

0,9

1915

св.1557

Т1+св

0,85

0,65

0,6

1,2

ВАД1

ВАД1

Т1+св

0,8

0,65

0,7

0,7

Магниевые сплавы

МА1

МА1

М+св

0,8

--

0,9

МА8

МА2-1

М+св

0,7

--

1,7

МА20

МА20-1

М+св

0,9

--

0,8

МА2

МА2-1

М+св

0,8

--

1,1

МА2-1

МА2-1

М+св

0,8

--

1,1

МА15

МА15

М+св

0,8

--

1,2

МА12

МА12

Т1+СВ

0,7

--

1,1

МА5

МА5

ТЗ+св

0,9

--

1,2

Примечания: 1. ва =ав/ав — коэффициент работоспособности сварного со­единения при растяжении; 2. r|R,= aR,/aR —коэффициент работоспособности сварного соединения при повторно-статическом нагружении: W = 20-103 циклов; л =0,07 +

+ 0,16 Гц; 3. 4^,= Or/or—коэффициент работоспособности сварного соединения при усталостном нагружении: Л? = 5-107 циклов при п = 47 Гц, 4. Яд = а'Л*— коэффи­циент технологической пластичности сварного соединения при изгибе.

ТАБЛИЦА 24 8

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ_______________________________

Сплав

Проволока

Т, °С, испытаний

Сварочные напряжения и деформации

Общая коррозионная стой­кость

Склонность к межкрн - сталлнтной коррозии

Склонность к коррозион­ному растрескиванию

+20

—196

+ 100

+200

+300

св

С

5

«

о

угол загиба а, град

предел выно­сливости О fit МПа

ограниченный предел выно­сливости Oftf,

■ МПа

V

МПа

СО

С

5

X

Е

ъ

О

h

о

А

С

ш

X

X

с

о

с

<

Алюминиевые

сплавы

80

180

40

170

65

37

20

ОА

ОА

ОА

АД1

свА5

80

180

35

160

60

35

20

ОА

ОА

ОА

120

180

60

105

210

95

70

45

60

4 4

0,43

ОА

ОА

ОА

АМц

свАМц

110

180

55

80

170

95

70

40

ОА

ОА

ОА

120

180

220

100

80

50

ОА

ОА

ОА

АМН

свАМгІ

110

180

200

100

80

48

ОА

ОА

ОА

190

180

70

210

300

180

130

65

30

3,2

0,55

ОА

ОА

ОА

АМг2

свАМгЗ

180

180

50

180

240

160

120

60

ОА

ОА

ОА

220

180

100

200

320

210

150

70

35

1 8

0,6

ОА

ОА

ОА

АМгЗ

свАМгЗ

200

160

50

170

260

180

140

65

ОА

ОА

ОА

280

160

110

260

380

260

170

90

55

5 2

0,54

ОА

ОА

ОА

АМг4

свАМг4

260

140

80

200

310

240

160

80

ОА

ОА

ОА

300

140

120

270

420

270

180

110

ОА

ОА

ОА

АМгб

свАМгб

280

120

75

210

370

260

170

90

ОА

ОА

ОА

АМгб

Д20

1201

01205

АД31

АДЗЗ

АД35

Сплав

о п о г> п п и со to to to 03

£ Ї £ і і 1 £

сл сл сл 1

05

Проволока

240

220

320

Со ►—

8 8

280

240

320

440

280 440 !

320

400

340

<?в, МПа

+20

Т, °С, испытаний

сл

о

60

70

70

70

45

140

70

60

60

60

90

80

120

угол загиба а, град

1 8

70

120

8 S

60

80

140

предел ВЫНО­СЛИВОСТИ 0Д,

МПа

200

230

290

260 290 1

220

300

280

ограниченный предел выно­сливости МПа

290

320

400

270

420

440

340

460

540

440

510

400

480

8

Q

ю

г

Я

М

J.

«О

05

061

180

250

150

260

260

210

270

360

250

340

СО Ю 8 8

320

+ 100

140

130 1 200

110

190

220

160

240

300

240

280

Ю —

8 8

190

+ 200

8

50

80

70

90

160

60

140

209

160

200

00 ю о о

140

t

S

75

95

62

85

°тах’ МПа

Сварочные напряжения | и деформации

4.6

7.6 4,8

2,0

епрод’

0,53

0,51

0,48

0,54

Дпоп - мм

ОА

О О > >

О О > >

Б

ОА

СЯ ся

ся ся

ОА

Б

ОА

Общая коррозионная стой­кость

А

А

А

Б

А

А

А

ся ся

ся ся

А

Б

ОА

Склонность к межкрнс - таллитной коррозии

О

>

ОА

ОА

О О > >

А

ОА

А

А

А

А

А

А

ОА

Склонность к коррозион­ному растрескиванию

Продолжение табл. 24.8

АВ

В92

1915

ВАДІ

MAI

МА8

М20

Сплав

свАК5

1

В92ц св1557 ВАД1

МА1

МА2-1

МА20-1

Проволока

215

200

240

180

250

Ю со

о S

320

430

360

380

230

420

320

0В, МПа

+20

Ту °С, испытаний

8

60

80

70

35

1 08 1 07 |

70

100

90

60

50

100

00

о

угол загиба а, град

1

100

3 1

1 70

1 75 |

70

100

70

120

120

предел выно­сливости Gn, МПа

I 210

190

320

320

200

300

ограниченный предел ВЫНО­СЛИВОСТИ °d',

МПа

I 420 Магш

400

510

СЛ

О О

310

500

410

С>

ю

£

1

<3

05

150

160

190

170

200

— ^ Со ^ N3 05 О

Сі

5

290

410

340

320

210

380

300

001+

120

136

100

138

О

— к-.

м г Ч о о

180

340

м tolfo *-

Ю I **4 О О О О

240

+200

90

180

150

8 °

90

140

100

+

05

О

о

110

55

50

°тах’ МПа

Сварочные напряжения и деформации

10,2

2,5

4,0

епрод’ '!0%

0,53

0,53

0,42

Дпоп - мм

СП

ся >

> >

> СП

А

Б

Б | А

А

Б I

>

Общая коррозионная стой­кость

III 01

СП СП

СП СП

СП СП

СП

Склонность к межкрис - сталлитиой коррозии

ОА

О О > >

ОА

ОА

> СП

А

Б

Б

А

ОА

Б

ОА

Склонность к коррозион­ному растрескиванию

Продолжение табл. 24.8

Т, °С, испытаний

Сварочные

£0

О

О

X

ж

о

+20

-196

+100

+200

+300

напряжения и деформации

о

к

СО

X

X

**

2 22

СП 2 2 Р* X

| Сплав

і

Проволока

СО

С

5

ш

о

угол загиба а, град

I предел выио-

1 СЛИВОСТИ On,

МПа

1 ограниченный предел выно­сливости <*d', МПа * 1

V

МПа

0_,в. МПа шах

о

Ч

О

е-

с

со

2

2

В

О

В

<

Общая коррозио* кость

Склонность к сталлитной коррс

Склонность к к< йому растрескиві

МА12

МА12

300

45

70

340

230

210

Б

ОА

190

50

200

170

130

д

А

МА2

МА2-1

270

60

100

400

210

Б

А

200

55

320

158

Б

А

.МА2-1

МА2-1

270

50

100

380

215

135

Б

Б

220

65

340

192

120

Б

Б

МА5

МА5

310

50

130

Б

д

270

45

МА15

МА15

270

48

110

190

140

Б

А

240

60

170

120

Б

А

Примечания: 1. аргоиодуговая сварка неплавящимся электродом. Лист толщиной 2 мм. Сварное соединение с усилением и проплавом. Состояние материала: сплав термически иеупрочннемый (отжиг -{- сварка)* сплав термически упрочняемый ( закалка 4- искус­ственное старение + сварка), сплав В92ц (закалка - f - естественное старение -+■ сварка + естественное старение, 3 месяца).

2. при испытании при повышенных температурах время выдержки 30 мин.

3. предел выносливости определяется иа базе Af = 5(M07 циклов при п = 47 Гц.

4. ограниченный предел выносливости определяется на базе N = 20-10я циклов при п = 0,007 — 0,16 Гц.

5. сварочные напряжения и деформации определялись по методике МВТУ.

6. оценка коррозионной стойкости: ОА — весьма стойкие; А — стойкие; Б — удовлетворительная стойкость: Д — пониженная стойкость.

7. в числителе — основной металл, в знаменателе — сварное соединение.

24.3.3. Коррозионная стойкость сварных соединений

В табл. 24.7 приведена общая оценка коррозионной стойкости основного металла и сварных соединений серийных алюминие­вых сплавов. Приведенные данные следует рассматривать как ориентировочные, ибо отдельные виды полуфабрикатов, их тех­нология изготовления, а также условия эксплуатации могут су­щественно оказать влияние на их коррозионную стойкость. Так, например, нагартовка сплава АМгб перед сваркой приводит к уменьшению сопротивляемости межкристаллитной коррозии, особенно в загрязненной атмосфере и морской среде. Для за­щиты от коррозии рекомендуются анодно-оксидные, химические и лакокрасочные покрытия.

СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ (Третьяков А. Ф.)

39.1. Классификация пористых материалов Пористые материалы (ПМ) на металлической основе применяются в каче­стве фильтроэлемеитов, смесителей, газовых линз, глушителей шума и др ПМ классифицируются по назначению, химическому составу и типу струк­турообразующих …

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ (Чернышова Т. А.)

38.1. Классификация Композиционные материалы — это материалы, армированные наполнителями, определенным образом расположенными в матрице Наполнителями чаще всего являются вещества с высокой энергией межатомных связей, высо­копрочные и высокомодульиые, однако в сочетании …

ПЛАСТМАССЫ (Зайцев К. И.)

37.1. Состав и свойства 37.1.1. Получение пластмасс Пластмассы — это материалы, полученные на основе синтетических нли ес­тественных полимеров (смол). Синтезируются полимеры путем полимериза­ции или поликондеисацни мономеров в присутствии катализаторов при …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.