Металловедение сварки алюминия и его сплавов

Рабкин Д.М., Лозовская А.В.

Наукова думка, 1992 г.

СОЕДИНЕНИЯ РАЗНОИМЕННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

1. Структура соединений при сварке плавлением

При выборе оптимального сочетания из алюминиевых сплавов и присадочных материалов прежде всего исходят из необходимости предотвращения металлургических дефектов (трещин, пор, оксидных плен и т. п.), получения благоприятной структуры и физико-химических свойств композиций. В этом плане сочетание сплавов АМг6 + АМц с использованием проволоки СвАМц проявляет повышенную склонность к трещинообразованию. В сочетании АМц или АМцС с АД1 нежелательно применение проволоки СвАМг6 из-за низкой герметичности нахлесточных соединений. В этом случае целесообразно использовать присадку СвАМц. Если требуется получать герметичные соединения с большей коррозионной стойкостью, лучше применять только стыковые соединения вместо угловых.

В настоящем параграфе рассмотрены типичные сочетания сплавов АЛ2 + АМг3, АЛ2 + АМц, АМг3 + АМц. Композиции получены на металле толщиной 8—12 мм с V-образной разделкой кромок под углом 35° на сторону и притуплением 2 мм. В качестве присадки применяли проволоки диаметром 5 мм марок СвАМг3, СвАМг6, СвАК5. Пластины толщиной 8 мм -сваривали за один проход, толщиной 10— 12 мм — за два прохода с подваркой корня шва без присадочной проволоки. Возникновение дефектов, обнаруживаемых рентгеновским просвечиванием (оксидных плен различной протяженности, единичных и цепочек пор или плен и несплошностей вместе), обычно наблюдается при недостаточно качественной подготовке свариваемых материалов (пластин, присадочной проволоки), нарушении техники сварки, например при недостаточной зачистке корня первого шва. Кроме того имеет значение существенная разница в температуре плавления составляющих данной композиции, например АДО и АМц — с одной стороны, АЛ2 — с другой, и в связи с этим малой глубиной проплавления корня первого шва (рис. 64).

При механических испытаниях (на растяжение) в отсутствие дефектов разрушение происходит по основному металлу, обладающему, меньшей прочностью. Так, для сочетания сплавов АЛ2 и АМц или АМг3 разрушение происходит по основному металлу — сплаву АЛ2. ^}[ Для этого сплава характерно разрушение с образованием рыхлого бугристого рельефа с незначительным удлинением. При сочетании сплавов -АМгЗ и АМц разрушение происходит по сплаву АМц. При сочетании АДО с другими сплавами разрушение проходит по АДО плазменной сварке плавящимся электродом сварных соединений различных сочетаний сплавов АЛ2, АМг3, АМц, АМг6 (толщиной 8— 12 мм), полученных с использованием проволок СвАМгЗ, СвАМгб, СвАК5 и СвАМц, заметна разница в структуре основного и подвароч-ного швов. При -использовании АДО и АМц в качестве основного металла или присадочной проволоки в макроструктуре швов, как правило, наблюдается неоднородность в виде нерасплавленных участков или зон с различной величиной зерна вследствие недостаточного перемешивания металла сварочной ванны. В ЗТВ могут наблюдаться несплошности, поскольку при воздействии тепла сварочной ванны происходит оплавление одной из эвтектик Al+ Si(Тпл = 577 °C)_tAg+ Mg₂Si(Т_пл = 595 °С), ΑΙ + Si+ Al₅FeSi(Г_пл= 575 °C), Al+ Mg₂Si+ Si(Тпл= 555 °C). В ЗТВ на сплаве АМц заметны процессы рекристаллизации, сопровождающиеся ростом зерна. При использовании проволоки СвАМгЗ швы имеют однородную равноосную структуру. Измельчение структуры усиливается при сварке проволоками СвАК5 и СвАМг6.

Определение стойкости против образования трещин является важнейшим моментом при выборе оптимального состава присадочного металла. Главным требованием здесь является то, что расплавленный присадочный материал при перемешивании в сварочной ванне с основным (основными) должен попадать в область сплава, не склонного к растрескиванию и который в условиях сварки начинал бы и заканчивал процесс кристаллизации в интервале твердо-жидкого состояния позже, чем металл в области участка частичного расплавления. Он должен обеспечивать надежное питание жидкой фазой кристаллизующегося металла в области перехода, т. е. не увеличивать опасность появления околошовных трещин.

При выборе оптимального состава присадочной проволоки обычно исходят из доли расплавленных свариваемых материалов и доли присадки. Эта доля во многом зависит от вида соединения. Наименьшая

доля присадочного металла соответствует стыковому соединению без разделки кромок, а наибольшая — угловому. Стыковое соединение с предварительной разделкой кромок занимает промежуточное положение. Данные по склонности к образованию трещин сплавов, соответствующих металлу получаемых швов, имеются в литературе и обобщены, например, в монографии [17]. Однако для сочетания разноименных сплавов подобные сведения ограничены [591. При выборе присадочного материала стремятся уменьшить интервал кристаллизации или интервал твердо-жидкого состояния металла шва в результате изменения количества легкоплавкой эвтектики в сплаве или ее более благоприятного распределения и повышения температуры солидуса сплава при введении в него легирующих элементов, образующих более тугоплавкие (по сравнению с эвтектикой) перитектики. Если исходить из увеличения количества легкоплавких эвтектик для борьбы с трещинообразованием, то это может привести к охрупчиванию шва.

Результаты, полученные авторами работы [601 по выбору присадочной проволоки для сочетания сплавов М40 и АМг6, приведены в табл. 30.

Склонность к образованию трещин исследована на листах из сплавов АМг6 и М40 толщиной 5 мм при механизированной АДС вольфрамовым электродом на переменном токе. Наиболее высокие значения показателя склонности к трещинообразованию А (%) на образцах «рыбий скелет» получены при сварке проволокой СвАМг6, а наиболее низкие — при сварке присадочной проволокой Св1201. Прочность стыковых соединений со снятым усилением, выполненных с указанными присадками, примерно одинакова. При испытании на разрыв образцы разрушаются по ЗТВ вблизи границы сплавления со стороны сплава М40. Причина этого — высокая степень неоднородности, вызванная сварочным нагревом, что уже отмечалось для сплавов системы Αl—Сu. Непосредственно у границы сплавления легкоплавкие фазы образуют сплошные грубые прослойки по границам зерен вследствие оплавления включений интерметаллидов основного металла (рис. 67).