Сварка разноименных алюминиевых сплавов

Создание и широкое использование комбинированных конструкций, в которых часто жесткость, а не прочность определяет работоспособность элементов конструкций, остро ставит вопрос о возможности использования в сварных узлах разноименных сплавов. Благодаря этому не только полностью используется прочность сплава, но и значительно снижаются стоимость конструкции и ее масса. Поэтому важно изучить вопросы, связанные со сваркой разноименных алюминиевых сплавов.

Решающее влияние на возможность сварки разноименных алюминиевых сплавов оказывают показатели склонности к образованию горячих трещин (К^ — по крестовой пробе и А_кр — по пробе МВТУ) и коррозионная стойкость сварных соединений.

Поэтому основное внимание было уделено именно этим показателям. Определение коррозионной стойкости сварных соединений под напряжением проводят на образцах в форме дуг при переменном нагружении в 3%-ный раствор хлористого натрия. Нагружение образцов в текстолитовых рамках проводили из расчета 60, 70 и 90% от предела текучести основного материала (сплава с меньшим пределом текучести).

Таблица 2.22

Склонность разноименных деформируемых алюминиевых сплавов к трещинообразованию.

При сварке сочетаний сплавов типа АМг и сплава АД1 наибольшей склонностью к трещинообразованию обладает сочетание АД1 + АМгб, при использовании присадочной проволоки Св. АД1. Высокая склонность к образованию и развитию трещин (табл. 2.22) для указанного сочетания связана с химической неоднородностью по кремнию и железу в сварных соединениях. Как показали исследования, проведенные с помощью рентгеноспектрального анализа на установке «Камека», в случае использования присадки Св. АД1 зона сплавления весьма неоднородна, а трещины, как правило, располагаются по участкам с высокой концентрацией кремния. Изменение соотношения между железом и кремнием (Fe:Si < 1) в сварном соединении вызывает расширение интервала кристаллизации, что повышает вероятность возникновения кристаллизационных трещин. Применение присадочной проволоки Св. АМгЗ значительно уменьшает склонность к образованию трещин при сварке сочетаний сплавов системы А1 — Mg со сплавом АД1. В этом случае распределение элементов в зоне сплавления и в сварном шве становится более равномерным.

Для сочетаний сплава АМц со сплавами типа АМг при использовании присадочной проволоки Св. АМц отмечаются высокие значения показателей склонности к образованию горячих трещин (К_ > 20%, А_кр = 0,3 -г- 0,5 мм/мин). При применении присадочной проволоки Св.1557 для сочетания сплавов Амгб + Амц, критическая скорость деформации резко возрастает и достигает 2,5—3,0 мм/мин, а коэффициент трещинообразования снижается до 5—10%. Значение предела прочности сварных соединений сплавов составляет не менее 90%, а для сочетаний литейных с деформируемыми сплавами — 80% от предела прочности менее прочного сплава.

Пластичность сварных соединений сочетаний разноименных деформируемых сплавов практически мало отличается от пластичности сварного соединения, выполненного в однородном сочетании из менее пластичного сплава.

Механические свойства сварных соединений из деформируемых разноименных сплавов после двукратной подварки изменяются весьма незначительно. Прочность при осевом растяжении остается на том же уровне, что и на сварных соединениях без подварок. Пластичность снижается в среднем на 10—12%. Прочность при осевом растяжении сварных соединений деформируемых сплавов с литейными после двукратной подварки также изменяется незначительно.

При испытании на двухосное растяжение всех исследованных сочетаний сплавов разрушение происходило в виде щели длиной от 15 до 50 мм, расположенной вдоль шва. При сварке сочетаний сплавов АМц + Д20 и АМц + 1201 с присадочной проволокой Св. АМц коэффициент трещинообразования К_ф достигает 70%, а критическая скорость деформации А_кр весьма мала и составляет 0,3—0,6 мм/мин. Стойкость против образования горячих трещин при сварке этого сочетания в значительной степени повышается в случае применения присадочной проволоки Св.1201 (см. табл. 2.22).

При сварке кольцевой пробы сочетаний литейных и деформируемых сплавов было установлено, что использование различных марок присадочных проволок не выявило преимуществ ни одной из них, независимо от марки сплава ввариваемой шайбы. Поэтому выбор присадочной проволоки осуществляется на основании данных, полученных после механических и коррозионных испытаний.

Предел прочности сварных соединений разноименных алюминиевых сплавов определяется прочностью менее прочного из двух свариваемых сплавов (табл. 2.23), при этом на образцах с подварками разрушение наблюдается на большем расстоянии от кромки шва, чем на образцах без подварок.

Таблица 2.23

Механические свойства сварных соединений разноименных алюминиевых сплавов.

Значение предела прочности при двухосном растяжении на 5—20% выше прочности при осевом растяжении. Большая цифра соответствует сочетаниям АД с АМгб и АД с АМгЗ, АМц с АМгб и АМц с АМгЗ, меньшая — сочетаниям материалов, незначительно отличающихся по своим механическим свойствам. Увеличение значений предела прочности при двухосном растяжении на 20% в сравнении с пределом прочности при осевом растяжении связано с явлением «поддерживающего действия» более прочного из двух свариваемых сплавов.

Все исследованные сочетания при напряжении 70% от предела текучести обладают удовлетворительным сопротивлением коррозии под напряжением в исходном состоянии и после нагревов при 150 °C в течение 100 ч.

Кроме перечисленных в табл. 2.22 и 2.23 сочетаний, исследовалась свариваемость следующих сочетаний разноименных алюминиевых сплавов: АМгб + АМг2; АМгб + 1915; АД1 + AMrl; В92 + АМгб; 1915 + АЛ9; AMrl + АМг2; АЛ9 + АМгб; АМгЗ + АЛ9; АЛ9 + AMrl, которые не были рекомендованы для опробования и применения в промышленности из-за высокой склонности к кристаллизационным трещинам при сварке или склонности сварных соединений к коррозии под напряжением.

Суммируя вышесказанное, устанавливаем, что при дуговой сварке сочетаний разноименных алюминиевых сплавов, приведенных в табл. 2.23, возможно получение качественных сварных соединений с достаточной прочностью и удовлетворительной коррозионной стойкостью.