Макроструктура сварных соединений алюминиевых сплавов

Основоположником макроструктурного анализа является русский инженер П. П. Аносов, который применил его для определения качества металла. Методы подготовки шлифов впервые были описаны Д. К. Черновым. В настоящее время макроструктурный анализ является наиболее распространенным методом предварительной оценки качества сварного соединения, выполненного тем или иным способом.

Под макроструктурой сварных соединений следует понимать их строение, которое можно наблюдать на поверхности макрошлифов, приготовленных из этих соединений, невооруженным глазом или при увеличении до 30 раз. Макрошлифом называют образец со шлифованной и протравленной поверхностью, вырезанный из сварного соединения с целью макроисследования. В отдельных случаях, когда необходимо определить макроструктуру, не прибегая к вырезке специального образца, макрошлифы приготовляются непосредственно на сварном соединении (изделии).

Важным достоинством макроструктурного анализа является возможность оценки с его помощью больших участков сварного соединения, например строения металла или выявления наличия дефектов по всему поперечному сечению сварного соединения, даже в случае металла большой толщины.

В сварных соединениях методом макроструктурного анализа выявляют форму и размеры шва, площадь и форму провара основного металла, направленность, рост и размеры кристаллитов, размеры и форму околошовной зоны, наличие в соединении и в основном металле различных дефектов: непроваров, трещин, пор, шлаковых включений, химической неоднородности и т. п.

На основе данных макроструктурного анализа и измерения твердости характерных участков сварного соединения можно составить предварительное, но весьма определенное представление о качестве сварного соединения и о тех изменениях, которые нужно внести в технологию сварки для улучшения качества швов.

Выбор, вырезка и шлифовка образцов для изучения макроструктуры

Правильный отбор образцов является первым и весьма ответственным этапом в подготовке к макроисследованию. Размеры и место вырезки образцов для макроисследования обусловливаются способом сварки, типом сварного соединения и характером проводимого исследования.

Методы выявления макроструктуры не ограничивают размеры темплетов для макрошлифов. Во многих случаях прибегают к неразрушаемому методу контроля макроструктуры, для чего намеченное к исследованию место зачищают и протравливают непосредственно на сваренном изделии.

Образцы для макроструктурного анализа обычно вырезаются в продольном и в поперечном направлениях по отношению к оси шва (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема вырезки темплетов для исследования макроструктуры сварного соединения:

1 — продольное сечение; 2 — поперечное сечение Преимущественно макроструктура сварных соединений изучается на поперечных макрошлифах, которые позволяют оценить наличие провара основного металла, выявить форму и строение шва и всех остальных характерных участков сварного соединения.

В том случае, когда макроструктуру соединения проверяют с целью выявления дефектов, отбор образцов для приготовления макрошлифов осуществляют с учетом возможного залегания предполагаемых дефектов. Так, например, продольные трещины в сварных соединениях, если они сквозные, лучше всего выявлять на макрошлифах, вырезанных поперек шва. Если же трещины прерывистые и залегают в определенном положении по высоте шва, то их целесообразно выявить на шлифах, вырезанных вдоль шва с таким расчетом, чтобы вероятность попадания трещины в плоскость шлифа была наибольшей. Продольные расположения шлифов следует применять для выявления поперечных трещин и пор.

Вырезку образцов из соединения обычно осуществляют с помощью газовой или анодно-механической резки. В случаях сварки металлов небольших толщин и металлов, легко поддающихся механической обработке, темплеты для макроисследования вырезают на фрезерном или строгальном станке.

В отдельных случаях применяют отделение темплетов из соединений путем высверливания и электроискровой обработки.

При анодно-механической резке сварных соединений к поверхности реза примыкает полоска металла, претерпевшая перекристаллизацию в результате сильного концентрированного нагрева поверхности реза. В случае резки термообрабатываемых алюминиевых сплавов эта полоска закаливается, поэтому ее обычно называют зоной подкалки. Глубина (или ширина) такой зоны зависит от вида и режима резки, толщины металла, размеров вырезаемого образца. Анодно-механическая резка на оптимальных режимах позволяет уменьшить эту ширину до 0,5—1 мм. Однако нарушение режимов резания может привести к резкому увеличению ширины зоны подкалки.

Для изучения макроструктуры зону подкалки необходимо удалять посредством строгания или шлифовки. Механическая вырезка образцов обычно не сопровождается нагревом кромок и не вызывает эффекта подкалки.

Дальнейшая обработка поверхности темплетов перед травлением зависит от требований, предъявляемых к результатам исследования. Чем тоньше необходимо выявить отдельные детали макроструктуры, тем тщательнее должна быть подготовлена поверхность.

При изготовлении макрошлифов из цветных и легких сплавов применяют следующую технологию механической подготовки поверхности. Например, поверхность образцов, вырезанных из сварных соединений алюминия и его сплавов, вначале опиливают напильником, а затем шлифуют на наждачной бумаге зернистостью 100—240 мк, укрепленной на горизонтально вращающемся круге. При шлифовании на круге образец не рекомендуется сильно прижимать к бумаге.

Способы выявления макроструктуры сварных соединений зависят от их химического состава. В литературе приводится большое количество самых разнообразных реактивов для выявления макроструктуры металлов и сплавов. Однако не во всех случаях реактив, рекомендованный для выявления макроструктуры металлов и сплавов, пригоден для травления металла сварных швов подобного химического состава. Это объясняется специфическими условиями кристаллизации металла шва (малый объем жидкой ванны, большие скорости кристаллизации по сравнению с условиями кристаллизации слитков, приводящими к менее четко выраженной неоднородности), во многих случаях затрудняющими выявление макроструктуры сварных швов.

В табл. 4.1 приведены наиболее распространенные и хорошо зарекомендовавшие себя в исследовательской практике лаборатории металловедения реактивы и методы выявления макроструктуры сварных соединений сплавов различного химического состава.

Таблица 4.7.

Реактивы и методы выявления макроструктуры сварных соединений алюминиевых сплавов.