Точмаш 23

При аргоно-дуговой сварке алюминиевых сплавов встречаются различные дефекты: газовая пористость, окисные пленки, вольфрамовые включения, трещины, несплавление и смещение кромок и пр. Основные из них — газовая пористость (—48%) и окисные пленки (~34%). Опасный дефект — кристаллизационные (горячие) трещины.

Газовая пористость. Получение плотных швов при сварке алюминия и его сплавов более сложно, чем при сварке других металлов. Образующаяся на поверхности алюминия и его сплавов окисная пленка активно адсорбирует влагу. При нагреве влага реагирует с металлом, в результате чего происходит диссоциация пара с выделением водорода — основного источника пор в сварных швах.

Причинами пористости являются: газонасыщенность основного материала и присадочной проволоки, присутствие влаги на поверхности материала и в защитной среде, нестабильность протекания процесса сварки.

Исследования, выполненные в области газовой пористости, определили два основных направления в разработке средств повышения плотности сварного соединения:

1) уменьшение водорода вследствие эффективной обработки поверхности исходного металла (химическое травление, шабрение, термообработка в вакууме или в аргоне и пр.);

2) уменьшение водорода в результате эффективного воздействия на условия кристаллизации сварочной ванны (погонная энергия, двухдуговая сварка, магнитное перемешивание и др.).

Окисные пленки — опасный дефект в сварном соединении. Значительный брак по окисным пленкам наблюдается при сварке тонколистовых деталей с расположением плен в корне шва. Несмотря на эффективное воздействие катодного распыления при аргоно-дуговой сварке разработка средств и методов по устранению окисных пленок в сварном шве в настоящее время остается актуальной.

Разработка различных способов химической обработки поверхности металла позволяет оперативно воздействовать на структуру окисной пленки и ее толщины. Так, подтверждено эффективное воздействие на величину окисной пленки химической полировки и электрополировки.

Кристаллизационные (горячие) трещины. Одна из основных проблем при сварке сплавов на алюминиевой основе — склонность материала к трещинообразованию.

А. А. Бочвар, Н. Н. Рыкалин, Н. Н. Прохоров, И. И. Новиков и Б. А. Мовчан обобщили основные положения исследований горячих трещин при сварке и литье. Они отмечают, что сопротивляемость образования кристаллизационных трещин при сварке и литье определяется тремя характеристиками: величиной «эф

фективного» интервала кристаллизации, пластичностью в этом интервале и темпом деформации.

Таким образом, изменяя химический состав основного металла и сварочной проволоки, представляется возможным оказывать влияние на эффективный интервал кристаллизации и пластичность. Что касается темпа деформации, то он в основном предопределяется процессом сварки и условиями его выполнения.

Вольфрамовые включения. При стабильном горении дуги вольфрамовый электрод практически не расплавляется. Однако незначительный расход его все же имеет место. Зависит он от многих факторов: активирующих присадок, токовой нагрузки, чистоты и расхода инертного газа, числа зажиганий или коротких замыканий дуги.

Частицы вольфрама, попадая в сварочную ванну, загрязняют сварной шов. Они являются инородным телом в наплавленном металле и ухудшают работоспособность сварного узла.

С введением активирующих добавок возрастает эрозионная стойкость вольфрама при сварке в аргоне на переменном токе. Введение оксида лантана (—3 %) или оксида иттрия (~3 %) снижает электродные потери в 1,5—2 раза по сравнению со сваркой с электродом из чистого вольфрама. Эффективным средством повышения стойкости вольфрама следует признать сварку в импульсном режиме.

Дефекты, допустимые без исправления. Кристаллизационные (горячие) трещины и окисные пленки, обнаруженные в сварном соединении, подлежат обязательному устранению. Поры, вольфрамовые включения, раковины и другие дефекты допускаются без исправления в конструкции в определенном количестве и объеме.

Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы

Применяемые в промышленности алюминиевые термически неупрочняемые сплавы имеют относительно невысокие механические свойства в отожженном состоянии. Нагартйвка сплавов данной группы повышает их прочностные характеристики. Однако при сварке в зоне термического влияния происходит разупрочнение. Временное сопротивление при растяжении сварного соединения приближается к временному сопротивлению отожженного материала. Для упрочнения зоны термического влияния в настоящее время применяют достаточно эффективный метод холодной и тепловой прокатки сварного соединения. Недостаток его — невозможность использования для сварных изделий сложной конфигурации.

В последнее время в промышленности нашло применение химическое фрезерование листового нагартованного материала, позволяющее получать равнопрочными сварное соединение и основной металл вследствие утолщения свариваемых кромок.

Толщину зоны утолщения устанавливают расчетным путем, исходя из условий равнопрочности сварного соединения и основного металла. Ширину зоны утолщения определяют экспериментально и она зависит от способа сварки и толщины свариваемого материала.

Временное сопротивление при растяжении стыкового сварного соединения с усилением из алюминиевых деформируемых сплавов, не упрочняемых термической обработкой, зависит от способа сварки, толщины свариваемого материала, дефектов, допустимых без исправления, и определяется коэффициентом разупрочнения основного металла при сварке.

Ниже приведены значения коэффициента разупрочнения б_в/б_в (б_в — временное сопротивление основного металла в отожженном состоянии) в зависимости от толщины материала при ручной и автоматической дуговой сварке неплавящимся электродом:

http://metallicheckiy-portal.ru/imgart/st086/st086-0061-1.jpg

Временное сопротивление сварных соединений из нагартованного материала определяется коэффициентом разупрочнения и временным сопротивлением материала в отожженном состоянии, так как в переходной зоне сварного соединения происходит локальная термообработка — отжиг.

Алюминий. Алюминий марок АД1 и АД обладает хорошей свариваемостью при аргоно-дуговой сварке и почти не склонен к образованию кристаллизационных

http://metallicheckiy-portal.ru/imgart/st086/st086-0061-2.jpg

трещин. Коэффициент трещинообразования при сварке крестовой пробы (проволока Св. АВ00, Св. А1) на материале толщиной 2 мм составляет 5 %. При сварке крестовой пробы оценку свариваемости проводят по коэффициенту трещинообразования К: при К < 10 % —хорошая, при К—10—20% — удовлетворительная, при К> 20 % — неудовлетворительная.

Алюминий и его сварные соединения обладают повышенной пластичностью и сравнительно низкой прочностью (б_в = 60—70 МПа) в отожженном состоянии при высокой коррозионной стойкости.

Сплавы системы А1—Мп. Введение марганца сохраняет высокие пластические свойства, коррозионную стойкость и свариваемость алюминия. При сварке крестовой пробы сплава АМц коэффициент трещинообразования составляет —7 %.

Для сварки изделий из сплава АМц неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами рекомендуется сварочная проволока марки Св.АМц.

Сварные соединения сплава АМц при высокой коррозионной стойкости и хорошей технологической пластичности имеют низкую прочность (б_в = 100—110 МПа).

Сплавы системы Al—Mg. Временное сопротивление б_в сварных соединений сплавов данной системы в основном зависит от количества присутствующего в них магния и марганца, а именно: AMrl 100 МПа; АМг2 170; АМгЗ 200; АМг4 230; АМг5 250 и АМгб 300 МПа.

Сплавы АМгЗ, Амг4 и АМгб обладают хорошей свариваемостью при аргоннодуговой сварке. Удовлетворительную свариваемость имеют и сплавы AMrl, АМг2 и АМг5. Коэффициент трещинообразования при сварке крестовой пробы сплавов в отожженном состоянии составляет, %: для сплава AMrl —12; АМг2 —15; АМгЗ ~6; АМг4 ~10; АМг5 ~12; АМг6 ~8. Во всех случаях при сварке использовали проволоку основного металла, за исключением сплава АМг2 (проволока Св.АМгЗ).

Коррозионная стойкость сварных соединений сплавов AMrl, АМг2, АмгЗ и АМг4 высокая, сплавов АМг5 и АМг6 — удовлетворительная.

Сплавы, упрочняемые термической обработкой

Высокие прочностные характеристики сварного соединения из этих сплавов, близкие к свойствам основного металла, могут быть получены только после полной термической обработки сварного узла. Осуществить термообработку изделия не всегда возможно. По этой причине временное сопротивление сварного соединения достигает лишь значения 0,6—0,7 от временного сопротивления основного металла. Это объясняется тем, что в области термического влияния происходит разупрочнение материала, который претерпевает ряд структурных изменений, отвечающих различным температурам и времени нагрева.

Временное сопротивление стыкового сварного соединения с усилением из алюминиевых деформируемых сплавов, упрочняемых термической обработкой, зависит от способа сварки, толщины свариваемого материала, состояния материала до и после сварки, а также от дефектов, допустимых без исправления.

Ниже приведены значения коэффициента разупрочнения сваркой основного металла б_в/б_в (б_в — временное сопротивление основного металла в исходном состоянии) в зависимости от толщины материала при ручной и автоматической дуговой сварке неплавящимся электродом:

http://metallicheckiy-portal.ru/imgart/st086/st086-0062-1.jpg

Сплавы системы Al—Си—Мп. Представителем свариваемых сплавов А1—Си— Мп являются сплавы Д20 и 1201. Основное достоинство сплавов этой системы — высокая длительная прочность сварных соединений в интервале 250—300 °С и хорошая работоспособность при низких температурах. Значительное упрочнение металла шва достигается после искусственного старения. Естественное старение сварных соединений практически не происходит.

Временное сопротивление б_в стыкового сварного соединения, выполненного автоматической аргонно-дуговой сваркой неплавящимся электродом, составляет для Д20 300 МПа, для 1201 320 МПа. Состояние материала: закалка + искусственное старение + сварка.

Сплавы Д20 и 1201 обладают удовлетворительной свариваемостью. Коэффициент трещинообразования (крестовая проба) данных сплавов в закаленном и искусственно состаренном состоянии составляет для Д20 —15 % и для 1201 —8 % при сварке проволокой основного состава.

Коррозионная стойкость сварных соединений пониженная. Удовлетворительная защита сварного соединения достигается анодированием после сварки с последующим лакокрасочным покрытием.

Сплавы системы Al—Mg—Si. Основное упрочнение сварных соединений из сплавов этой системы достигается в результате закалки и последующего искусственного старения.

Предел прочности б_в стыкового сварного соединения с усилением (при полной термообработке материала перед сваркой) составляет, МПа: для сплава АД31 210, АДЗЗ 240 и АВ 260,

Свариваемость сплавов АД31 и АДЗЗ удовлетворительная. Хорошая свариваемость при аргонно-дуговой сварке у сплава АВ. Коэффициент трещинообразования при сварке крестовой пробы сплавов АДЗЗ и АВ составляет ~10 %, сплава АД31 —15%. При сварке указанных сплавов рекомендуется проволока марки св. АК5. Коррозионная стойкость сварных соединений высокая.

Сплавы системы Al—Cu—Mg. Основной недостаток сплавов этой системы (Д1, Д16, Д19 и др.) — неудовлетворительная свариваемость при аргоно-дуговой сварке, а именно: повышенная склонность сплавов к образованию кристаллизационных трещин.

В настоящее время проходят промышленное опробование новые высокопрочные свариваемые алюминиевые сплавы ВАД1 и М40. Эти сплавы по сравнению с другими сплавами данной системы обладают удовлетворительной свариваемостью.

Временное сопротивление стыкового сварного соединения сплавов ВАД1 и М40 (искусственное старение перед сваркой) составляет б_в= 320-5-330 МПа.

Значительная сопротивляемость образованию горячих трещин наблюдается при сварке сплавов ВАД1 и М40 присадочной проволокой того же химического состава, что и основной металл. Коэффициент трещинообразования при сварке этого сплава в состаренном состоянии не более 12%.

Сплавы системы Al—Zn—Mg. Некоторые сплавы этой группы, несмотря на высокую прочность после термообработки, до последнего времени не находили применения в промышленности. Это объясняется тем, что высоколегированные свариваемые сплавы оказались склонными к коррозии под напряжением, а низколегированные не имели существенных преимуществ по прочности по сравнению с высоколегированными сплавами типа магналия.

Проведенные многочисленные исследования показали возможность разработки некоторых свариваемых сплавов данной системы с хорошей коррозионной стойкостью (1915, В92ц и др.). Свариваемые алюминиевые сплавы приобретают высокие механические свойства после искусственного или длительного естественного

старения (б_в = 380—420 МПа).

При естественном старении основной прирост механических свойств сплавов (б_в = 400 МПа) и их сварных соединений (б_в = 360 МПа) достигается по истечении трех месяцев.

Сплавы В92ци 1915удовлетворительно свариваются при аргонно-дуговой сварке с присадкой проволоки марок св. В92 и 1557, соответственно. Коэффициент трещинообразования по крестовой пробе составляет 10—15%.

Коррозионная стойкость сварных соединений сплавов 1915 и В92 в агрессивных средах пониженная. Удовлетворительная защита сварного соединения достигается

http://metallicheckiy-portal.ru/articles/cvetmet/prim_aluminievix_splavov_v_tovarax/16

http://remkvartur.ru/wp-content/uploads/2012/11/01356887.jpg

Контроль качества сварных соединений алюминия

Тормозные колодки китайского грузовика.Надо поставить накладки МАНа. Отверстия не совпадают,поэтому пришлось заваривать и пересверливать. Материал чугун.Сварка панч полуавтоматом.Заврка отверстий -та же техника постановки электозаклепок сложности не представляет, а вот сверление представляет-кобальтовые сверла и торцовые твердосплавные фрезы...все -таки подкалка сказывается.