книги / Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов
.pdfИсследования взаимодействия А1 и Mg с различными газами показали, что наибольшую растворимость в них имеет водо род. 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 (STB =
= 0,036 см3/100 г). Заметная растворимость наблюдается лишь
сувеличением температуры до 660°С и выше (S^1=0,69см3/ 100 г) и находится в зависимости от времени выдержки и дав
ления газа над расплавом. Значительно увеличивается раство римость водорода у магния в жидком и в твердом состояниях
(S* =51 см3/100 г и STB =19 см3/Ю0 г). Растворимость водо рода в алюминии снижается при введении Си, Si и Sn, тогда как присадка Mn, Ni, Mg, Fe, Сг, Zr, Th и Ti, наоборот, ее по вышает.
Причиной образования пористости в сварных швах из алю миниевых 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 при сутствие влаги на поверхности свариваемого материала. При этом основной объем газа (около 60%) приходится на поверх ность металла сварочной проволоки.
Основные направления в разработке средств повышения плотности сварного соединения предполагают:
а) химическую, тепловую и механическую обработку поверх ности (химическое травление, прогрев проволоки в аргоне, Т=250—300 °G, шабрение кромок Rz< 40 мкм);
б) соблюдение нормативной длительности хранения матери ала 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 прово |
|||
локи |
при формировании наплавленного металла |
(увеличение |
диаметра сварочной проволоки с 1,5 до 3 мм; освоение формы разделки кромок под сварку Cl, СЗ вместо С5 и С6, уменьше ние числа проходов при выполнении сварочного соединения);
д) эффективное воздействие на условие кристаллизации жид кого 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, неплавящимся (вольфрамовым) электродом в атмосфере инерт
ного газа. Высокая температура |
плазмы электрической |
дуги, |
достигающая 6000—10 000 К, и |
высокая плотность |
тока |
(~104—10е А/см2) создают значительные тепловые нагрузки на электрод, работающий в условиях дугового разряда. Снижение дефектности по вольфрамовым включениям в сварном соедине нии возможно путем повышения эрозионной стойкости воль фрама за счет введения оксидов (оксид лантана или оксид ит трия и др.). Стойкость к токовым нагрузкам вольфрама марки ВЧ меньше, чем у других марок (ВЛ, СВИ, ВИ). Более долго вечен 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 со единения (труднодоступные места, сварка в пространственном положении и т. д.).
Наибольшая стойкость W при сварке на постоянном токе прямой полярности, меньшая — при переменном токе, минималь ная— 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 конст
рукций из легких цветных сплавов получила дуговая |
сварка |
в среде инертных газов. |
сплавов |
Особенности сварки алюминиевых и магниевых |
предопределяют повышенные требования к ее технологии. Пер востепенное 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,
КОЭФФИЦИЕНТ РАЗУПРОЧНЕНИЯ (па = ов/а в)
|
|
ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА |
|
|
|
|
|||
|
|
|
Ручная дуговая |
Автоматическая |
|||||
|
|
|
дуговая сварка |
||||||
|
|
|
сварка неплавя- |
||||||
Состояние материала |
Категория |
неплавящимся |
|||||||
щимся электродом |
|||||||||
до и после сварки |
сварного |
для толщин, мм |
|
электродом |
|||||
|
|
соединения |
|
|
|
для толщин, мм |
|||
|
|
|
<3 |
3-10 |
>10 |
<3 |
3-10 |
>10 |
|
|
|
Термически неупрочняемые сплавы |
|
|
|
||||
Отжиг + сварка |
I |
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 упрочняемые сплавы |
|
|
|
||||
Закалка + |
искусст |
I |
0,6 |
0,55 |
0,5 |
0,65 |
0,6 |
0,55 |
|
венное старение + |
II |
0,55 |
0,5 |
0,45 |
0,6 |
0,55 |
0,5 |
||
сварка |
сварка + |
III |
0,5 |
0,45 |
0,4 |
0,55 |
0,5 |
0,45 |
|
Закалка + |
I |
0,7 |
0,65 |
0,6 |
0,75 |
0,7 |
0,65 |
||
+ искусственное |
II |
0,65 |
0,6 |
0,55 |
0,7 |
0,65 |
0,6 |
||
старение |
|
III |
0,6 |
0,5 |
0,45 |
0,65 |
0,6 |
0,5 |
|
П р и м е ч а н и е : |
1. Сплавы термически |
|
|
9 |
|
сопро- |
|||
неупрочняемые ов — временное |
тнвление разрыву основного металла в отожженном состоянии. 2. Сплавы, термически упрочняемые ав — временное сопротивление разрыву основного металла в исходном состоянии закаленное и искусственно состаренное).
Одним из мероприятий по обеспечению равнопрочности (при сохранении пластических характеристик) сварного соединения при сварке сплавов в нагартованном или термически обрабо танном состоянии является утолщение кромок в зоне сварки, по лученное механическим способом обработки или химическим фрезерованием. Что касается толщины зоны утолщения кромок стыкуемых деталей, то она определяется расчетным путем, ис ходя из условий равнопрочности сварного соединения с ос новным металлом. Одним из основных рычагов повышения ме ханических свойств сварных соединений является проковка, прокатка роликами сварного соединения в холодном или теп лом состоянии. Вышеуказанные технологические операции под лежат всесторонне проверке с целью определения их влияния на пластичность и коррозионную стойкость сварных соединений.
При сварке сплавов термически упрочняемых возможно под нять прочность сварного соединения до уровня основного ме талла последующей (после сварки) термообработкой сварного узла (закалка + искусственное старение). При сварке термиче ски упрочняемых сплавов искусственное старение сварных со единений повышает предел выносливости на (табл.
ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ. АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ (ЛИСТ ТОЛЩИНОЙ 2 ММ)
|
|
Работоспособность |
Технологи- |
|
Сплав |
Проволока |
Состояние |
|
Ч6СК&Я |
ЛЯ' |
пластичность |
|||
|
|
% |
% |
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 |
АМг1 |
АМг1 |
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.АМг5 |
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 |
Т 1+св |
0,7 |
0,85 |
0,75 |
0,75 |
1201 |
св.1201 |
Т 1+св |
0,7 |
0,8 |
0,7 |
1,15 |
1205 |
св.1201 |
Т 1+св |
0,65 |
— |
— |
0,75 |
АД31 |
св.АК5 |
Т 1+св |
0,8 |
— |
— |
0,5 |
АДЗЗ |
св.АК5 |
Т 1+св |
0,75 |
0,7 |
0,5 |
0,65 |
АД35 |
св.АК5 |
Т 1+св |
0,75 |
— |
— |
0,7 |
АВ |
св.АК5 |
Т 1+св |
0.7 |
— |
— |
0,65 |
В92 |
В92ц |
Т 1+св |
0,85 |
0,65 |
0,6 |
0,9 |
1915 |
св.1557 |
Т 1+св |
0,85 |
0,65 |
0,6 |
1.2 |
ВАД1 |
ВАД1 |
Т 1+св |
0,8 |
0,65 |
0,7 |
0,7 |
|
|
Магниевые сплавы |
|
|
|
|
МА1 |
МА1 |
М +св |
0,8 |
— |
— |
|
МА8 |
МА2-1 |
М +св |
0,7 |
— |
— |
|
МА20 |
МА20-1 |
М +св |
0,9 |
— |
— |
|
МА2 |
МА2-1 |
М +св |
0,8 |
— |
— |
|
МА2-1 |
МА2-1 |
М +св |
0,8 |
— |
— |
|
МА15 |
МА15 |
М +св |
0,8 |
— |
— |
|
МА12 |
МА12 |
Т 1+св |
0,7 |
— |
— |
|
МА5 |
МА5 |
Т З+св |
0,9 |
— |
— |
|
П р и м е ч а н и я : |
1. |
г . |
|
|
|
|
|
“Па = ав/а в — коэффициент работоспособности сварного со |
|||||||
единения при растяжении; |
2. |
—коэффициент работоспособности сварного |
|||||
соединения |
при повторно-статическом |
нагружении: W = 20-I03 |
циклов; |
л = 0,07+- |
|||
+ 0,16 Гц; |
3. г\£, = Од/<Хд — коэффициент работоспособности сварного соединения при |
||||||
усталостном |
нагружении: N « 5*107 циклов |
при п — 47 Гц, 4. |
= а '/а |
— коэффи |
|||
циент технологической |
пластичности сварного |
соединения при |
изгибе. |
|
Алюминиевые сплавы
АД1 |
80 |
180 |
40 |
|
170 |
65 |
37 |
20 |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
|
свА5 |
180 |
35 |
|
160 |
60 |
35 |
20 |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
||
|
80 |
|
|
|
|
||||||||||
|
120 |
180 |
60 |
105 |
210 |
95 |
70 |
45 |
60 |
4,4 |
0,43 |
ОА |
ОА |
ОА |
|
АМц |
свАМц |
180 |
55 |
80 |
170 |
95 |
70 |
40 |
ОА |
ОА |
ОА |
||||
|
|
|
|||||||||||||
|
110 |
|
|
|
|||||||||||
АМг1 |
120 |
180 |
|
|
220 |
100 |
80 |
50 |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
|
свАМг1 |
180 |
|
|
200 |
100 |
80 |
48 |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
||
|
110 |
|
|
|
|
|
|||||||||
АМг2 |
190 |
180 |
70 |
210 |
300 |
180 |
130 |
65 |
30 |
3,2 |
0,55 |
ОА |
ОА |
ОА |
|
|
|||||||||||||||
свАМгЗ |
180 |
50 |
180 |
240 |
160 |
120 |
60 |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
||
|
180 |
|
|
|
|||||||||||
АМгЗ |
220 |
180 |
100 |
200 |
320 |
210 |
150 |
70 |
35 |
1,8 |
0,6 |
ОА |
ОА |
ОА |
|
свАМгЗ |
160 |
50 |
170 |
260 |
180 |
140 |
65 |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
||
|
200 |
|
|
|
|||||||||||
АМг4 |
280 |
160 |
110 |
260 |
380 |
260 |
170 |
90 |
55 |
5,2 |
0,54 |
ОА |
ОА |
ОА |
|
|
|
|
|||||||||||||
свАМг4 |
140 |
80 |
200 |
310 |
240 |
160 |
80 |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
||
|
260 |
|
|
|
|||||||||||
АМгБ |
300 |
140 |
120 |
270 |
420 |
270 |
180 |
ПО |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
|
свАМгб |
120 |
75 |
210 |
370 |
260 |
170 |
90 |
|
|
|
ОА |
ОА |
ОА |
||
|
280 |
|
|
|