ГЛАВА 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Свариваемые и сварочные материалы
Среди свариваемых алюминиевых сплавов значительное место занимают термически
неупрочняемые деформируемые сплавы системы алюминий-магний-марганец,
представляющие собой стабильный пересыщенный твердый раствор магния в алюминии.
С увеличением количества магния прочность сплавов повышается, но ухудшаются
технологические характеристики и коррозионная стойкость. Химические составы
наиболее прочных представителей этой группы сплавов приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Сплавы системы Al-Mg-Mn [77-79]
Марка
Химический состав, % (по массе)
Al
Mg
Mn
Cr
Ti
Zn
Fe
Si
АМг6
основа
5,8...6,8
0,5...0,8
0,02...0,1
0,2
0,4
0,4
СвАМг6
основа
5,8...6,8
0,5...0,8
0,1...0,2
0,2
0,4
0,4
5456+
основа
4,7...5,5
0,5...1,0
0,05...0,20
0,2
0,25
0,4 (Fe + Si)
Св5556+
основа
4,7...5,5
0,5...1,0
0,05...0,20
0,05...0,2
0,25
0,4 (Fe + Si)
Примечания:
1. Крестиками помечены марки сплавов США, а индексами "Св" - сплавы сварочных
проволок; цифрами указаны пределы или максимальное содержание элементов в % по
массе.
2. Содержание меди в сплавах не более 0,1 %, прочих примесей не более 0,05 %
каждой, сумма прочих примесей не более 0,15 %; во все сплавы вводится бериллий
в количестве 0,0001...0,0005 %.
Титан способствует измельчению литой структуры сплава, благодаря чему повышают
сопротивление металла шва образованию горячих трещин при сварке. Добавка хрома
способствует увеличению прочности деформируемых полуфабрикатов.
Магналии отличаются от других высокопрочных сплавов хорошей пластичностью
(относительное удлинение 15...20 %) и коррозионной стойкостью, хотя в
отожженном состоянии имеют сравнительно малые пределы прочности и текучести (sв
< 360 МПа; s0,2 < 220 МПа).
Нагартованные листы и плиты сплава АМг6 имеют предел прочности более 400 МПа,
предел текучести более 300 МПа, а относительное удлинение (d) составляет 6...7
%. Эти сплавы хорошо свариваются в среде инертных газов. Отношение предела
прочности сварного соединения к пределу прочности горячекатанного или
отожженного основного металла (коэффициент прочности соединения Ксв)
приближается к единице. Нагартовка практически не влияет на склонность сплавов
к образованию горячих трещин при сварке. Коэффициент прочности не превышает 0,7
, так как предел прочности сварных соединений остается на уровне отожженного
металла.
Все это позволяет широко использовать магналии для изготовления ответственных
сварных конструкций в различных отраслях машиностроения. Однако, при дуговых
способах сварки сплавы именно этой системы обладают повышенной склонностью к
образованию неметаллических включений оксидной плены в металле шва.
Поэтому для исследований использовали листы из сплава АМг6 в отожженном и
нагартованном состоянии толщиной 4...12 мм (табл. 2.2.)
Таблица 2.2
Механические свойства листов сплава АМг6
Толщина
металла
d, мм
Предел
прочности
sв, МПа
Условный предел текучести s0,2,МПа
Ударная вязкость ан,Дж/см2
Угол
загиба
a, град
335
188
19
70
424
329
16
40
348
180
45
180
12
426
342
12
38
Для получения сварных стыковых соединений подготавливали карточки размером
(400ґ200) мм. Сварку осуществляли вдоль длинной стороны в направлении проката
листов. В исследованиях по наплавке использовали карточки размером (400 ґ 100)
мм, проплавляемые на весу с целью обеспечения одинакового теплоотвода. Для
получения сварных стыковых соединений в качестве присадки использовали
сварочную проволоку СвАМг6 диаметром 2,0 мм и 2,5 мм (ГОСТ 7871-75). Сварку
неплавящимся вольфрамовым электродом осуществляли в среде аргона высокой
чистоты (ТУ 6-21-12-79) с точкой росы Тр равной 214 К (-59 °С). Расход
защитного газа составлял 20 л/мин, что обеспечивало надежную защиту зоны сварки
от окисления. Для сравнительных испытаний использовали гелий газообразный марки
Б (ТУ 51-940-80). В качестве неплавящихся электродов применяли вольфрамовые
прутки марок ЭВЛ, содержащие 1,0...1,4 % окиси лантана, и ЭВИ-1, содержащие 1,0
% окиси иттрия (ГОСТ 23949-80).
2.2. Выбор технологической пробы для выявления склонности сплава к образованию
включений оксидной плены в металле шва
Обобщив результаты литературного обзора и проанализировав данные
предварительных исследований, автором установлено, что одним из основных
факторов, способствующих образованию включений оксидной плены в швах, является
наличие зазора (в) в стыке [80]. Зазоры могут появляться не только из-за
неточности сборки деталей, но и вследствие временных деформаций, вызванных
условиями нагрева и фиксации кромок, особенно при сварке круговых швов. При
определенной величине зазора для каждой толщины свариваемого металла в швах
обнаруживаются оксидные включения значительной протяженности даже в случае
шабрения кромок непосредственно перед сваркой. Применяемые в производственных
условиях канавки формирующих подкладок способствуют лишь частичному выводу
оксидных плен за пределы рабочего сечения шва, но не позволяют полностью
вытеснить дефекты в проплав.
С целью обеспечения гарантированного попадания стыка с зазором в пределы
канавки при сварке металла толщиной 6 мм для исследований выбрана прямоугольная
канавка шириной 10 мм и глубиной 1,2 мм. Свариваемые пластины и проволоку
подвергали химическому травлению, кромки шабрили с трех сторон, чем
обеспечивалось практически одинаковое качество подготовки свариваемых
поверхностей во всех экспериментах. Стыковые соединения листов, собранных с
зазором, сваривали за один проход с подачей присадочной проволоки. За счет
выступов на свариваемой кромке