Некоторые особенности сварки алюминия.Коэффициент разупрочнения сваркой основного металла.

Точмаш 23 · 24 октября, 2019

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

Качество сварных соединений определяет срок службы и надежность работы конструкций различного назначения из алюминия и его сплавов, применяемых в машиностроении, таких как емкости, резервуары, технологические трубопроводы и др.

Для оценки качества сварных соединений конструкций из алюминия и его сплавов в основном применяют следующие методы контроля: внешний осмотр и измерения, гамма- или рентгенографирование, ультразвуковую дефектоскопию, испытание гидравлическим давлением или гелиевым течеискателем.

Помимо этого, проводят испытания механических свойств соединений, металлографические исследования, контроль термической обработки, если она предусмотрена технологическим процессом.

Контроль осуществляют работники ОТК завода-изготовителя или другой изготовляющей организации во многих случаях с участием представителя заказчика.

Объем и методы контроля устанавливаются техническими условиями на изделие или специальными «Правилами контроля», распространяемыми на группу изделий или типов конструкций.

Контроль качества сварных соединений алюминия и его сплавов имеет свои особенности в связи с повышенной склонностью швов к образованию пористости, а также к возникновению несплавлений; между швами и кромками и между валиками. Несплавления, как правило, не выявляются рентгено- и гаммаграфированием, поэтому следует применять метод ультразвуковой дефектоскопии.

При сварке неплавящимся электродом со сквозным проплавлением и формированием корня шва на неостающейся подкладке частым дефектом, не обнаруживаемым рентгено- или гаммапросвечиванием, является несплавление в корне шва. При отсутствии доступа для подварки такие швы следует сваривать с защитой корня шва нейтральным газом. Кромки перед сваркой необходимо подвергать шабровке для удаления окисной пленки.

При многослойной сварке поверхностная пористость нижележащих валиков может переплавляться при наложении последующих валиков! Поэтому при промежуточном контроле просвечиванием ее можно не учитывать.

Контролю внешним осмотром обычно подвергают 100% выполненных швов. Внешние дефекты, такие, как трещины, наплывы, прожоги, незаваренные кратеры, свищи в начале Шва (зажигание дуги на основном металле), выводы кратера на орновной металл, сплошные сетки или цепочки пор, непровары, подрезы — не допускаются.

Для рентгеновского контроля применяют отечественные установки РУП-120-5, РУП-200-5, РУП-400 и аппараты зарубежных фирм, например, типа BGL-140 и BGL-200 бельгийской фирмы «Baltospot», типа «Liliput-120» и «Liliput-200» венгерской фирмы «Medicor» и др.

В монтажных условиях применяют гаммадефектоскопы типа ГУП, РИД с источниками кобальта-60, цезия-137, иридия-194 и др. В связи с повышенной пористостью сварных швов возникают определенные трудности в установлении норм на количество и размеры допустимых дефектов Их устанавливают в большинстве случаев, исходя из технологических возможностей существующих методов сварки на основании статистических данных.

Нередко при оценке качества швов по результатам просвечивания применяют эталонные снимки.

Для примера ниже приведены нормы на допустимые дефекты при рентгеновском контроле сварных швов, выполненных неплавящимся электродом на трубах со стенками толщиной 3,5 и 3,9 мм.

Не допускаются и подлежат исправлению следующие дефекты, выявленные с помощью рентгеновских снимков:

1) трещины, непровары, кратеры, свищи;

2) цепочки пор и вольфрамовых включений размером более 0,5 мм;

3) скопления Мелких дефектов — пор, включений размером более 0,5 мм, в общей сумме превышающих по площади 15 мм², распространенных на любые 100 мм длины шва;

4) одиночные поры и вольфрамовые включения размером более 0,5 мм в количестве более трех, расположенные на участке шва длиной 100 мм.

Контроль рентгено- или гаммаграфированием сварных соединений толщиной 40 мм и более производят через 20—30 мм заполнения разделки. Это целесообразно для проверки устранения обнаруженных ранее дефектов.

Глубину залегания недопустимых дефектов по результатам просвечивания определяют методом ультразвукового контроля, позволяющего более точно зафиксировать место положения дефекта по толщине шва. Наличие скоплений и цепочек пор на рентгеновских снимках после окончательного просвечивания определяют по результатам послойного ультразвукового контроля. Для сварных швов этих толщин, выполненных плавящимся электродом в среде защитных газов, недопустимы следующие дефекты:

1) трещины, несплавления, незаплавленные кратеры, цепочки и скопления пор, наплывы;

2) поры и включения диаметром более 3 мм, поры и включения диаметром менее 3 мм при суммарной площади их изображения на снимке, составляющей более 2% по отношению к площади шва на любые 100 мм снимка.

Поры и включения, расположенные на глубине менее 5 мм, исправлению не подлежат, так как они переплавляются при наложении последующих валиков.

Браком считают детали, в которых при ультразвуковом контроле обнаружены следующие дефекты:

1) с эквивалентной площадью более 4 мм2 при контроле слоя толщиной 40 мм и более 7 мм2 при контроле слоя толщиной 200 м;

2) с условной протяженностью более 10 мм при глубине залегания дефектов до 40 мм и более 15 мм при глубине 40— 150 мм.

Допускаются дефекты с эквивалентной площадью менее 4 мм при суммарной площади менее 2% площади на любых 100 мм длины, не носящие протяженного характера.

Контроль ультразвуком производится с применением существующего для этих целей оборудования — УЗД-ЗМ, ДУГ-11ИМ и ДУГ-13ИМ и др.

Помимо рассмотренных, в зависимости от требований к конструкции и условий эксплуатации применяют и другие методы контроля:

а) проверка квалификации сварщиков, операторов, работников дефектоскопии и инженерно-технического состава, принимающего участие в изготовлении конструкций и контроле сварных соединений;

б) контроль качества сборки под сварку;

в) контроль в процессе сварки;

г) контроль качества свариваемых и сварочных материалов и материалов для дефектоскопии.

Особое внимание должно уделяться контролю качества травления присадочной проволоки и подготовки кромок под сварку (зачистка, травление).

В процессе сварочных и контрольных работ необходимо вести «Журнал сварочных работ», в который вносить все данные о сварке и результатах контроля сварных соединений .

http://svarder.ru/kontrol_kachestva_svarnyix_soedinenij_alyuminiya.html

ГОСТ 7871-75 Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия (с Изменениями N 1, 2)http://docs.cntd.ru/document/1200004669

Точмаш 23 · 29 января, 2021

Внедрение сварных алюминиевых конструкций

Дальнейшее внедрение сварных алюминиевых конструкций в различные отрасли машиностроения во многом зависит от разработки новых способов сварки алюминиевых сплавов. Раньше алюминиевые сплавы сваривали в основном в нижнем положении из-за высокой жидкотекучести расплавленного алюминия.

В последнее время разработаны новые способы сварки, позволяющие сваривать алюминий во всех пространственных положениях. Так в ИЭС им. Е. О. Патона разработан способ импульсной сварки плавящимся электродом.

В научно-исследовательском и конструкторском институте монтажной технологии (НИКИМТе) разработан метод сварки труб с применением формирующего давления в их внутренней полости. За рубежом разработан способ механизированной сварки алюминиевых листов большой толщины в вертикальном положении, обеспечивающий получение высококачественных стыковых и угловых швов. Разработка новых способов сварки, как правило, сопровождается созданием соответствующего сварочного оборудования, позволяющего получить новый качественный эффект при изготовлении сварных конструкций.

Учитывая, что проблема очень широка, авторы не ставили себе задачу охватить все вопросы, связанные со сваркой конструкций из алюминиевых сплавов, и остановились на вопросах газоэлектрической сварки алюминиевых сплавов. Более детально осветили вопросы сварки трубных узлов и крупногабаритных деталей ответственных конструкций.

Сплавы алюминия в зависимости от назначения делят на деформируемые и литейные. Деформируемые алюминиевые сплавы разделяют на две группы: неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой. К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы типа магналия (AMrl, АМг2 АМгЗ, АМг5 и АМгб), сплавы АМц, АМцС, а также алюминий АДОО, АДО, АД1 и АД. К упрочняемым термической обработкой относятся сплавы АД31, АДЗЗ, АВ, Д1, Д16, Д18, АК4, АК4-1, АК6, АК8, Д20, В93, В94, В95 и др.

Из деформируемых сплавов изготовляют различные полуфабрикаты в виде листов (толщиной до 10 мм), плит (толщиной свыше 10 мм), прессованных профилей, поковок, штампованных заготовок, прутков, проволоки, фольги, труб.

Термически упрочняемые алюминиевые сплавы обладают более высокими прочностными свойствами, чем термически неупрочняемые. Однако прочность последних можно повысить путем нагартовки.

Разупрочнение алюминия при сварке

В сварных соединениях термически неупрочняемых сплавов системы А1—Mgнаименьшую прочность имеет металл шва, она составляет обычно 0,85—0,95 прочности основного металла. Во многих случаях этого достаточно, чтобы не предпринимать дополнительных мер с целью повысить прочность металла шва. Если листы перед сваркой нагартованы, то разупрочнение происходит также и в околошовной зоне. Равнопрочность всех зон сварного соединения и основного металла можно достигнуть прокаткой роликами металла шва и околошовной зоны, а также путем увеличения содержания магния в присадочной проволоке.

Значительно больше проблем возникает в случае необходимости получения сварных соединений, однородных по химическим свойствам с основным металлом термически упрочняемых сплавов. Металл зоны сплавления и околошовной зоны при сварке термически упрочненных алюминиевых сплавов подвергается термической обработке различных видов: закалке, отжигу, возврату. На рис. 1 приведена зависимость механических свойств сплава типа авиаль (системы А1—Mg—Si) от температуры и продолжительности выдержки. В зависимости от температуры и продолжительности ее воздействия степень разупрочнения различна. В некоторых случаях прочность сварных соединений сплавов, типа авиаль, дуралюмин может составлять лишь 50% прочности основного металла.

Рис. 1. Влияние различных термических циклов на механические свойства сплава САВ-1:

а, б — термические циклы; в — изменение механических свойств

На рис. 2 показаны изменения твердости в сварном соединении труб сплава типа авиаль в поперечном направлении. В зоне сварного шва, где температуры достаточно высоки, обычно происходит последующее естественное старение металла с повышением прочностных характеристик. В зоне отжига обычно не удается достигнуть повышения прочности до уровня основного металла без повторной закалки всего соединения. Однако закалка всего сварного соединения (конструкции) возможна далеко не всегда, так как такую операцию трудно выполнить на крупногабаритной конструкции, а также на любой конструкции, имеющей жестко заданные размеры и не имеющей припуска на механическую обработку.

Рис. 2. Изменение твердости в сварном соединении труб из сплава типа авиаль (1-18 — номера точек измерения)

Следует отметить, что в тех многочисленных случаях (например, при сварке конструкций из сплавов авиаль, дуралюмин), когда для снижения склонности сварных швов к трещинообразонию приходится применять сварочную проволоку, отличающуюся по химическому составу от основного металла (например, значительно увеличивая в сварочной проволоке по сравнению с основным металлом процент содержания кремния), получить металл шва, равнопрочный основному металлу, невозможно. Ожидаемое снижение прочности сварных соединений следует учитывать при назначении допустимых нагрузок на конструкцию.

В последнее время получили распространение самозакаливающиеся алюминиевые сплавы. Эти сплавы стареют очень медленно и достигают нормальной прочности примерно через три месяца. Самозакаливающиеся сплавы относятся к системе А1—Zn—Mg. Для повышения предела текучести сплавы подвергают искусственному старению при 100° С в течение 90—100 ч. Сплавы такого типа, например, содержащие 4,5% Zn, 1,5% Mg, до 3% Мп и 0,2% Cr, в состоянии после искусственного старения имеют предел текучести 28—33 кГ/мм², предел прочности при растяжении 36— 41 кГ/мм². После сварки и искусственного старения при 100— 110° С в течение четырех суток предел прочности достиг 34— 39 кГ/мм², при этом угол изгиба составил 130—160°. Однако при хороших прочностных показателях сплав обладает склонностью к образованию трещин в шве и зоне сплавления.

Положительное влияние на уменьшение склонности к образованию трещин оказывает применение присадки типа СвАК5. Из самозакаливающихся сплавов наибольшей стойкостью против образования кристаллизационных трещин обладают сплавы системы Аl—Zn—Mgс повышенным содержанием магния (6,5%) и небольшими добавками меди.

Повышения прочности сварных соединений сплава В95 достигают термической обработкой, однако не удается получить прочность сварных соединений выше 80% прочности основного металла при низком уровне пластичности.

Возникновение трещин Склонность к трещинообразованию

Существенным затруднением при сварке алюминиевых сплавов является склонность их к образованию трещин. Некоторые сплавы склонны к образованию горячих трещин, возникающих в период кристаллизации металла сварочной ванны, в других образуются холодные трещины, обнаруживаемые иногда спустя несколько месяцев после сварки.

Трещины всех типов чрезвычайно опасны для конструкций, так как могут привести к внезапному и полному их разрушению.

Горячие трещины выявлять несколько проще, так как все сварные швы при изготовлении конструкций подвергают различным методам контроля. Холодные трещины особенно опасны тем, что возникают в конструкциях, эксплуатируемых или находящихся на хранении как бездефектные. Разрушения от холодных трещин наступают неожиданно. В некоторых случаях растрескивание протекает в коррозионной среде. Поэтому все алюминиевые сплавы, прежде чем использовать для изготовления конструкций, необходимо тщательно исследовать на склонность к образованию горячих и холодных трещин.

Склонность алюминиевых сплавов к образованию трещин увеличивается с увеличением количества в них легирующих элементов, с повышением их прочности. Это относится к таким сплавам, как В95, В96, М40, 01915, 01911, 01063, ВАД23 и др.

Трещины при сварке возникают при достижении предельной деформации в металле шва или в зоне взаимной кристаллизации. В результате неравномерного распределения температур при сварке также в отдельных зонах металла возникают растягивающие напряжения. При остывании шва растягивающие напряжения возникают в зоне, где при нагреве была максимальная температура. В высоколегированных сплавах по границам зерен образуются эвтектики, которые в момент кристаллизации зерен остаются жидкими, имеют низкую прочность и при приложении растягивающих напряжений легко разрушаются.

Возникновение трещин

Возможность возникновения трещин помимо химического состава сплава определяется также другими факторами, задающими величину и темп развития деформации в определенные промежутки времени. Величина и темп развития деформации металла на различных этапах нагрева и охлаждения зависят от режима сварки, условий охлаждения и жесткости закрепления.

Холодные трещины в алюминиевых сплавах могут быть не только металлургического происхождения, но и возникать от неправильного применения некоторых технологических операций. Например, проковка сварных швов может приводить к образованию трещин, иногда не выходящих на поверхность металла. Выявление таких дефектов затруднительно, поэтому в случае необходимости проведения подобных операций требуется тщательное предварительное исследование.

Чистый алюминий марок AB0000, АВ000, АВОО не склонен к образованию горячих трещин. Стойкость к образованию трещин снижается при увеличении содержания кремния, а также может снижаться или повышаться в зависимости от содержания железа. Алюминий других марок проявляет склонность к образованию трещин особенно при сварке листов и плит большой толщины. Подавление склонности к образованию горячих трещин в сплавах, содержащих до 0,35% Si, достигается таким содержанием железа, что выдерживается отношение Fe: Si>= 0,5. При более высоком содержании кремния соединение без трещин может быть получено при соотношении указанных элементов больше единицы.

Сплавы системы А1—Мп применяют только с содержанием 1,2—1,6% Мп (сплав АМц). Этот сплав относится к числу хорошо сваривающихся. Тонкие листы (до 3 мм) свариваются без трещин. При сварке листов большей толщины склонность к образованию горячих трещин зависит также от содержания железа и кремния. У сплавов типа АМц, содержащих более 0,2% Fe, при соотношении Fe: Si> 1 склонность к образованию трещин близка к нулю. При содержании более 0,2% Siдолжно сохраняться соотношение Fe: Si> 1.

Сплавы системы А1—Mgобладают меньшей склонностью к образованию горячих трещин, чем сплавы систем А1—Си и А1—Si. Наибольшая склонность к образованию трещин наблюдается при сварке тавровых проб сплава, содержащего 1—2% и 2,5 — 3,9% Mgпри испытаниях на образцах крестовой пробы [17, 121]. Для предотвращения образования трещин необходимо применять присадочный материал с большим содержанием магния.

К термически упрочняемым сплавам системы А1—Mg—Siотносятся применяемые в СССР сплавы АВ, АК6-1 и АКВ. Упрочнение этих сплавов достигается за счет выделения фазы Mg₂Siпри старении. Особенностями свариваемости таких сплавов являются повышенная склонность к образованию горячих трещин в процессе сварки и разупрочнение в околошовной зоне. Наибольшую склонность к образованию горячих трещин проявляют сплавы, содержащие 0,2—2% Siи 0,2—1,5% Mg. Склонность к образованию горячих трещин определяется наличием легкоплавкой тройной эвтектики А1—Mg—Mg₂Si, а также двойных эвтектик А1—Mg₂Siи А1—Si, расширяющих интервал твердожидкого состояния сплава.

Использование присадочных материалов

В сварных соединениях сплавов типа авиаль значительное уменьшение склонности к образованию горячих трещин может быть достигнуто при использовании присадочных материалов с содержанием 4,5—6,0% Si. При этом склонность к образованию трещин, определяемая по крестовой пробе, уменьшается с 60% до 0. Таким присадочным материалом может быть проволока СвАК5.

Применение присадочных проволок, содержащих несколько процентов магния, например, АМг6, также исключает образование трещин в шве, но одновременно с этим интенсивно развиваются околошовные трещины. Это связано с более широким интервалом твердо-жидкого состояния и большей линейной усадкой металла шва, выполненного таким присадочным материалом. При сварке сплава такого типа с применением присадочной проволоки, содержащей 5% Si, получаются швы, пониженные механические свойства которых не могут быть повышены термической обработкой.

При сварке деталей из сплава типа АВ хорошие результаты получены при использовании присадочного материала, содержащего 0,9% Mg, 2,3—3,5% Si, а также 0,25% Ті, 0,4% Мп или 0,2% Сг. Испытаниями на крестовой пробе трещины не обнаружены. Швы, выполненные с помощью этой присадки, имеют один цвет с основным металлом после анодирования в отличие от швов, выполненных с присадкой СвАК5. Сплавы АК6 и АК8, содержащие 2,2 и 4,3% Cu, склонны к образованию горячих трещин при сварке крестовой пробы. Эта склонность уменьшается при введении в них 0,08—0,15% Ті.

К сплавам системы А1—Си относятся литейные АЛ7, АЛ 12 и деформируемый Д20. Сваривающийся сплав Д20 содержит 0,4— 0,8% Мп и 0,1—0,2% Ті. Последний значительно измельчает зерно металла шва. Для повышения стойкости против трещин в сплаве должно быть не более 0,3% Fe, 0,2% Siи 0,05% Mg.

Дуралюмины относятся к системам Аl—Cu—Mg—Mn и Аl— Cu—Mg—Mn—Si. Основные марки дуралюмина Д1, Д6, Д16, 3125, АК8, ВД17. При сварке эти сплавы обладают повышенной склонностью к образованию трещин, а их сварные соединения имеют пониженные значения механических свойств в зоне сплавления со швом.

Применением присадочных проволок типа СвАК5 и В61 можно снизить вероятность образования трещин при любом способе сварки. Существенное значение при этом имеет правильный подбор режимов сварки. Низкая пластичность шва и зоны сплавления обусловлена тем, что по границам оплавленных зерен располагаются хрупкие прослойки интерметаллидов.

Одним из наиболее распространенных сплавов системы Аl— Zn—Mg—Cu является сплав В95. Для повышения коррозионной стойкости листы из сплавов В95 плакированы сплавом, содержащим 3,5% MgZn₂.

Сплав В95 склонен к образованию горячих и холодных трещин. Последние наблюдаются только при газовой сварке. Для сварки сплава В95 применяют присадочный материал химического состава: 6% Mg, 3% Zn, 1,5% Cu, 0,2% Mn, 0,2% Ті, 0,25% Cr или 5% Mg, 0,2—1,5% Cu, 10% Zn, 0,2% Mn, 0,2% Ті, 0,25% Cr, остальное Аl. Можно также использовать сплавы, содержащие 3% Mg, 6% Zn, 0,5—1% Ті или 8—10% Mg, остальное Аl.

Исправление дефектов

Газоэлектрическая сварка металлов является сложным технологическим процессом, в ходе которого возможно появление дефектов, не допустимых по условиям работы сварных конструкций. Необходимость исправлений дефектов определяют по результатам дефектоскопического контроля согласно техническим условиям на приемку сварных соединений.

Удаление дефектного участка шва следует производить в зависимости от размера сварного соединения пневматическим зубилом, шарошкой, шабером, но ни в коем случае не абразивным инструментом, так как абразив остается в металле шва и качество поверхности выборки получается неудовлетворительным.

Форма разделки дефектного места должна иметь плавный переход к окружающим участкам сварного соединения. Перед подваркой проводят дополнительный контроль дефектного места, чтобы подтвердить устранение дефекта. Подварку выполняют ручной или полуавтоматической сваркой с соблюдением всех требовачий подготовки деталей и материалов к сварке. После подварки производят окончательный контроль согласно техническим условиям на приемку сварных соединений. При сварке деталей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов следует иметь в виду, что каждая подварка при исправлении дефектного участка шва приводит к снижению прочности сварного соединения из-за дополнительного разупрочнения металла в зоне термического влияния при повторных нагревах. Поэтому при сварке термически упрочняемых сплавов необходимо в каждом отдельном случае рассматривать вопрос о допустимости более чем однократной подварки или допустимости подварки вообще.