DjVu

      ФPAГMEHT КНИГИ (...) Несмотря ка значительно большую стоимость по сравнению с углеродистым. к низколегированными конструкционными сталями, объем применения алюминиевых сплавов в производстве сварных конструкций непрерывно повышается Это можно объяснить такими эксплуатационными свойствах,и алшишя к его сплавов, как высокая коррозионная стойкость в целом ряде агрессивных жидких и газовых сред б (в том числе, в морской воде), немагкктность и высокие электро- и теплопроводность, низкие температуры (вплоть до криогенных) перехода алшинкевых сплавов из вязкого в хрупкое состояние.
      Малая плотность и высокие прочностные свойства термически упрочняющих алюминиевых сплавов обусловливают их более высокую удельную прочность по сравнению с конструкционными сталями, что позволяет снижать металлоемкость, например строительных конструкций, при замене сталей влашшевши сплавами 6J. Кроме того, преимуществом алюминиевых сплавов по сравнению с конструкционными сталями является их технологичность при производстве полуфабрикатов прессованием, штамповкой к прокаткой.
      Недостатком алюминиевых сплавов по сравнению с конструкционными назксуглеродистыми п ниэколегпроважсми сталями является необходимость применения более сложных технологических приемов кая в процессе подготовки деталей под сварку, так и в процессе сварки. Поэтому, учитывая относительно высокую стоимость алюминиевых сплавов и их более низкую по сравнению с конструкционными сталями технологическую свариваемость, эффективность применения алюминиевого сплава в качестве основного металла должна определяться главным образом с учетом условий эксплуатации данной сварной конструкции.
      Для ответственных сварных конструкций наиболее широкое применение палки термически неупрочняеше алюмплиево-магниевые сплавы и термически упрочняемый сплав 1915 средней прочности свойства металла сварных соединений которого восстанавливаются после низкотемпературного старения.
      При выборе алюминиевого сплава для данной сварной конструкции одна из важных характеристик - коэффициент конструктивной прочности, выражающий отношение конструктивной прочности, определяемой по результатам испытаний сварных сосудов-моделей, к пределу прочности основного металла. Это применимо главным образом для тонколистового i материала (2-5 мм).
      Менее надежным способом определения коэффициента конструктивной прочности является отношение временного сопротивления при растяжении стандартных сварных образцов к временному сопротивлению при растяжении образцов аналогичного размера из основного металла.
      В табл. 2 приведены результаты испытаний сосудов-моделей из алюминиевых сплавов толщиной 2...4 мм, выполненных аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом с подачей рекомендуемой для данного сплава присадочной проволоки. Получены результаты испытаний сварного сосуда из сплава 01420 после упрочняющей термообработки. Низкая конструктивная прочность алюминиевых сплавов, упрочняемых в результате старения за счет выделения по границам зерен с?м мелкодисперсной фазы в(ле2си), например Д16, Д20, М40 (табл. 2), объясняется тем, что в условиях дуговых видов сварки мгновенные скорости охлаждения металла околошовной зоны значительно меньше критических скоростей образования упрочняющей фазы при температурах минимального времени ее Еыделения (рис. 3).
      На этом рисунке предотавлены кривые выделения интерметаллвдов при изотермической обработке, где й- фаза ВШгСи) сплав ДХ6; б -фаза T(AEzMg3Zn - сплав 1915 (O)0f - критическая скорость непрерывного охлаждения от температуры нагрева выше температуры закалки сплава Д16; 0П2 то же для сплава 1915).
      Применение более концентри-Рцс. 3 рованных сварочных источников
      тепла, обеспечивающих мгновенные скорости охлаждения металла околошовной зоны подобных сплавов выше критических ( 200 градо), позволит значительно расширить область использования для сварных конструкций высокопрочных алюминиевых сплавов, упрочняемых за счет 6 фазы.
      Таблица 2 Механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов различных систем легирования
      технологическую прочность металла шва алюминиевых сплавов существенно отличается от влияния этих факторов на технологическую прочность швов сварных соединений конструкционных сталей. Поэтому достаточно гадеиные методики определения стойкости шва и околошовной вони против образования трещин, успешно применяемые при оценке технологической свариваемости сталей, не дают положительных результатов при сварке алюминиевых сплавов, особенно сложнолегированных, упрочняемых термической обработкой. Помимо горячих трещин подобные сплавы склонны и к замедленному разрушению - образованию холодных трещин как в шве, так и в околошовной зоне. Кроме того, под влиянием сварочных напряжений, либо напряжений от внешней нагрузки некоторые конструкционные алюминиевые сплавы склонны к коррозионному растрескиванию.
      Как в отечественной, так и зарубежной практике 6,7 преимущественное применение для сварных конструкций нашли термически неупроч-няекые сплавы, главным образом алюминиево-магниевые, либо термически упрочняемые сплавы систем: At- Zn -Mg , At-Си—Му (см. табл. 2).
      В зависимости от типоразмеров сварных соединений (в соответствии с ГОСТ 14806-69 на форму, размеры шва и элементы разделки кромок деталей применительно к дуговым видам сварки в инертных защитных газах) изменяются доля участия добавочного металла в шве и химический состав металла сварочной ванны. В связи с этим на технологическую прочность металла шва и на его эксплуатационные свойства решающее влияние может оказывать состав электродной (присадочной) проволоки (табл. 4).
      Исходя из общих положений образования и развития кристаллизационных трещин в литом металле в зависимости от его химического состава 8 (рис. 4) выбор электродной проволоки выполняется по допустимым концентрациям легирующих элементов и примесей, прежде всего кремния и железа, при которых гарантируются удовлетворительная технологическая прочность металла шва и его эксплуатационные свойства. Например, при сварке сплавов системы АС - Zn — Mg , исходя из условия удовлетворительной технологической прочности, отношение цинка к магнию ограничивается в пределах 0,7, а из условия удовлетворительной работоспособности стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением - суммарное содержание цинка и магния как в основном металле, так и металле шва ограничивается в пределах 6.
      Одной из основных причин кристаллизационных трещин в сварных швах алюминиевых сплавов с низким содержанием магния монет быть алюминиево-кремниевая эвтектика с Тпл = 850 К, образующаяся при ничтожно малых количествах свободного кремния 5.
      В качестве универсального способа связывания кремния в комплексные соединения, например типа AE-Fe-Si, при литье и сварке подобных алюминиевых сплавов должно выдергиваться отношение % Ft% Sii.
      В алюминиевых сплавах, содержащих свыше 5% Магния, выделение свободного кремния мало вероятно, так как образуется кнтерметаллид типа
      Полойптелыюе влияние на технологическую прочность металла пза при сварке практически всех деформируемых алюминиевых сплавов оказывают мсдафяцируищпе элементы - цирконий и тптан.
      Значительные затруднения npи сварке конструкций из алюминия и его сплавов возникают из-за таких технологических свойств алюминия, как высокие значения теплопроводности, удельной объемной теплоемкости, коэффициента термического расширения и эффекта скрытой теплоты плавления (40 от теплосодержания при температуре плавления алюминия)
      Несмотря на относительно низкую температуру плавления алюминия и его сплавов при сварке этих материалов необходимы мощные, достаточно сосредоточенные источники тепла Г 2.
      При толщине материала свыше (1,0...1,2 Юл) м даке в условиях В дуговой сварки необходим предварительный подогрев до (373...423)К. 00
      С повышенная температуры нагрева свариваемых деталей происходят резкое снипение прочностных свойств металла (рис. 5) 14, поэтому необходимы спецкалыше приспособления, исключающие разрушение в ослабленных нагревом участках под действием формоизменения свариваемого металла.
      При сварке тонколистовых конструкций из алюминиевых сплавов наиболее существенные затруднения возникают из-за потери устойчивости материала под влиянием временных сшплаюцих напряжений 9. Как следствие этого, происходят коробление кромок, подъем их с формирующей подкладки, что в свою очередь монет вызвать прожоги, уменьшение рабочего сечения иза, а значительные остаточше деформации из плоскости искажают форму конструвдш в недопустимых пределах, что увеличивает трудоемкость их производства из-за необходимости последующей правки обычно термомеханическим способом.
      Для снижения коробления в производстве нашел применение предварительный обратный выгиб свариваемых кромок к технологическая оснастка, обеспечивающая равномерное плотное подаатие кромок к формирующей подкладке.
      На рис. 6 приведена схема, поясняющая расчетное определение необходимого для плотного пришила кромок к подкладке усилия Р ( а -расположение прижимов; б - схема, принятая для определения усилия пришила, необходимого для предотвращения потери устойчивости кромок в процессе сварки; в - эпюра моментов) 9где 5 - толщина металла;. - предел текучести алюминиевого сплава при температуре начала восстановления его упрутих свойств 573 К, например, для сплава АМгб при этой температуре QT = 80 МПа; А - половина ширины сжатой области кромок в результате сварочного нагрева;
      2 - расстояние, от оси шва до прижима, обычно не менее 1,5 10 м.
      На работоспособность сварных конструкций из алюминиевых сплавов значительное влияние оказывает формирование "проплава", или обратного Еалика, в котором, как правило, образуются такие опасные дефекты, как шлаковые включения, поры и трещины. Для устранения подобных технологических концентраторов напряжений применяются специальная разделка кромок, подкладки с глубокой фасонной канавкой и при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом тонколистовых соединений, активные Флюсы-пасты, наносимые на поверхность кромок с обратной стороны шва 13.
      § 3. Влияние технологических факторов различных способов сварки на структуру к свойства металла соединений алюминиевых сплавов
      Наиболее существенное влияние на формирование шва, его состав и свойства, работоспособность и надежность сварных конструкций из алюминиевых сплавов оказывают: тепловлогение в основной металл, определяемое режимом п условпягли сварки; состав сварочных материалов; применение термической, либо термомеханической обработки; технологическая оснастка, обеспечивающая необходимую точность конструкции, н характеристики сварочного оборудования, обеспечивающие стабильность процесса сварки.
      Учитывая многолетний производственный опыт по сварке термически неупрочняемых деформируемых алюминиевых сплавов низкой и средней прочности, остановимся прежде всего на влиянии технологических факторов на работоспособность сварных соединений из сплавов этой группы.
      При сварке плавлением за основу расчетного определения параметров решила принимается уравнение Рыкалпна Н.Н. 26
      где - площадь провара основного металла; лИ- удельное объемное теплосодержание металла при его температуре плавления; 4t тер:.сг-ческай к.п.д. сварочного источника тепла; - погонная энергия при данном решите сварки.
      Ка площадь провара и ее форму (прежде Есего на глубину провара) помимо тешг&схзпческпх свойств свариваемого материала и погонной энергии значительное влияние оказывает механическое воздействие источника нагрева. Яри дуговых видах сварки - это давление дути, при плазменной сварке - спловое воздействие плазмообразующего газа, при электрокно-лучевой - давление паровой фазы. В связи с этим уравнение (2) шхно применять для расчета погонной энергии только после экспе-рименетльнюс результатов измерений действительной площади проЕара F0 , глубины И и пиркны е провара при данной толщине материала и типе сварного соединения.