И
спользование кольцевой и крестовой проб для оценки сопротивляемости алюминиевых сплавов образованию трещин при сварке не дает строгих и достаточных результатов.
При кольцевой пробе трещины образуются вследствие затрудненной усадки, когда кольцо, остывая, сжимает металлический центральный стержень. Специфические условия сварки, характеризующиеся быстрым нагревом металла почти до температуры кипения и особыми условиями неравновесной кристаллизации, здесь не имеют места, и поэтому проба дает весьма приближенные результаты, характеризующие литейные свойства сплава. Оценка трещинообразования ведется по процентному отношению длин образовавшихся трещин к периметру сечения.
Крестовая проба представляет собой жесткое сварное соединение двух пластин исследуемого материала. Оценка трещинообразования ведется по процентному отношению длины образовавшейся трещины к длине швов.
Общий недостаток этих двух проб заключается в том, что длина трещины берется в качестве критерия оценки сопротивляемости трещинообразованию. Известно, что горячие трещины образуются в температурном интервале хрупкости, где имеется провал пластических свойств материала. Однако некоторые сплавы, преимущественно с большим процентом легирования, при температурах, меньших реального солидуса, имеют второй провал пластичности, где возможно увеличение длины ранее возникших трещин, поскольку в охлаждающемся сварном шве существуют остаточные напряжения, равные пределу текучести материала- при данной температуре.
Кроме того, при испытании по крестовой пробе сварку начинают с кромки образца. При этом трещины появляются во всех промышленных легких сплавах.
Различная длина трещин в этом случае характеризует не склонность сплава к образованию трещин, а склонность сплава к их раскрытию.
Поэтому нами для исследования при сварке алюминиевых сплавов малых толщин (2 мм) была сконструирована специальная установка, состоящая из механизма растяжения, автомата для сварки образцов и корпуса. Кинематическая схема механизма растяжения показана на фиг. 3. Она работает следующим образом.
Двигатель (0,6 кет при ’1400 об/мин) через червячный редуктор и сменные шестерни соединен со ступенчатым редуктором. Выходная шестерня редуктора находится в зацеплении с колесом механизма растяжения, которое вращает гайку ходового винта, чем обеспечивается поступательное движение подвижной плиты, жестко связанной с винтом и перемещающейся по направляющим корпуса. Вторая плита неподвижна.
Образец для испытаний, на этой установке (фиг. 4) состоит из двух частей. Одна часть образца закрепляется на рифленой поверхности неподвижной плиты прижимной траверсой, а другая часть таким же образом — на подвижной плите. Сварка образцов производится на автомате АДСВ-401 непла- вящимся электродом в среде а. Начало и конец шва выводятся на выступающие части широкого образца.
Деформированию подвергается стыковой шов длиной 30 мм, свободный от дефектов.
Деформирование шва начинают в тот момент, когда сварка некоторой части шва (10—12 мм) уже выполнена. В этом случае деформирование не приводит к возникновению трещины на боковой грани образца и в начале испытуемого шва, так как сварка произведена раньше начала деформирования и металл успевает закристаллизоваться и приобрести прочность и пластичность, которые обеспечивают упруго-пластическую деформацию этой части шва без разрушения. Сварка остальной части испытуемой длины
шва производится при растяжении кристаллизующего шва со скоростью, постоянной для данного образца.
Деформирование шва заканчивают несколько раньше, чем сварку образца. В результате трещины образуются только в середине деформируемого шва. Таким образом, возникновение трещин при;
испытании не связано с концентраторами, вызванными формой образца. Начало трещины имеет следы пластической деформации.
При испытании сплава В95АТ, сваренного проволокой АК, образцы разрушались по околошовной зоне в середине испытуемой длины шва. Общий вид разрушения показан на фиг. 5. Разрушение образца в центральной части по шву или по околошовной зоне доказывает, что воспроизводятся условия, которые имеют место при разрушении сварного шва в конструкции.
Появление трещин обнаруживается визуально и по шлифам. Учитываются трещины в шве и в околошовной зоне, появление которых не связано с непроваром, порами, подплавлениями й прожогами.
При отсутствии трещин в одном образце сваривается следующий образец на тех же режимах, но при большей скорости деформации. Таким способом определяется максимальная скорость с держивает образец из
данного сплава без разрушения. Скорость деформации является количественным показателем сопротивляемости данного сплава образованию горячих трещин при сварке. Показатели, найденные при одинаковых режимах сварки, можно сравнивать между собой. Наименьшая склонность к образованию трещин проявляется при таком сочетании основного и присадочного металлов, защитного газа и т. д., когда скорость деформации наибольшая.
По оси абсцисс расположены сплавы различных марок. Из графика видно, что большей сопротивляемостью трещинообразованию обладает сплав АМгб-1. Сплав системы А1—Mg—Zn наиболее склонен к трещинообразованию. Его показатель сопротивляемости равен 4 мм/мин. Опыт применения этих сплавов на практике согласуется с приведенными результатами их испытаний на сопротивляемость образованию трещин.
В работе дается наиболее благоприятное отношение Fe/Si>l, при нарушении которого повышается склонность к образованию трещин. Результаты экспериментов согласуются с этими данными.
Исследовалось также влияние состояния металла перед сваркой на трещинообразование.
Наклёп сплавов типа АМг увеличивает показатель сопротивляемости образованию трещин (фиг. 8). В связи с тем, что сплавы имели небольшие отклонения
по химическому составу, сплав АМгАП был подвергнут испытаниям после отжига. При этом его показатель уменьшился.
Металлографическое исследование структуры центра шва показало, что наклёп основного металла приводит к незначительному уменьшению размеров зерна. Это объясняется измельчением зерна основного металла; металл шва кристаллизуется от частично оплавленных зерен основного металла, и увеличение числа центров кристаллизации приводит к измельчению структуры шва. Аналогичные результаты получены также при испытании сплава типа Д16; в результате наклёпа сплава перед закалкой и после закалки показатель сопротивляемости повышается.
При исследовании сплава В95 найдено, что сплав лучше сваривается в мягком состоянии, чем в закаленном и состаренном состоянии.
Сопротивляемость сплавов, имеющих большую склонность к образованию трещин, можно повысить введением в проволоку модифицирующих добавок. Исследовалась эффективность действия вводимого в проволоку до 0,1% Ti и до 0,4% Zr. Сварка производилась неплавящимся электродом в среде аргона. Основной материал— сплав системы А1—Mg—Zn с добавкой 0,2% Си. При использовании проволоки, модифицированной до 0,1% Ti, показатель сопротивляемости равен 4,6 мм/мин;
При использовании 0,4% Zr (по шихте) на тех же материалах показатель сопротивляемости увеличился до 6 мм/мин; величина зерна в шве значительно уменьшилась. Следовательно, интенсивное измельчение зерна можно получить при введении более 0,4% Zr в сварной шов через проволоку.
ВЫВОДЫ
1. Методика МВТУ успешно применена для испытания легких сплавов малых толщин (2—4 мм).
2. Создана экспериментальная установка для определения сопротивляемости образованию трещин при сварке сплавов малых толщин и разработана форма образца для испытаний.
3. Доказана возможность исследования влияния химического состава шва, примесей, модификаторов, присадочных проволок и других факторов на склонность сплава к образованию трещин при сварке, а также исходного состояния металла на те же свойства.
4. По данной методике можно исследовать склонность сплавов к образованию около-шовных трещин.
5. Разработанный метод рекомендуется к использованию в сварочно-металлургических НИИ и заводах для отработки композиционных пределов разрабатываемых сплавов.
Источник: Николаев Г. А (ред.) – Сварка цветных сплавов и некоторых легированных сталей.