книги / Сварка магниевых сплавов
..pdfния их прочности. Для оценки прочностных свойств таких сое динений из сплава МА2-1 авторы использовали метод сравнения
их прочности с прочностью подобных |
сварных |
соединений из |
широко применяемого в сварных конструкциях |
алюминиевого |
|
сплава АМгБВ. Для характеристики |
прочности |
иахлесточных |
соединений был принят условный коэффициент прочности, рав ный отношению разрушающих нагрузок сварного соединения и основного металла.
Низкая прочность сварных иахлесточных соединений харак терна не только для магниевых сплавов. Нахлесточные соеди нения из сплавов МА2-1 и АМг5В обладают примерно одинаковой прочностью (табл. 45). Нахлесточные соединения из магние вых сплавов находят применение главным образом в конструк циях, воспринимающих незначительную статическую нагрузку. При этом действующие нагрузки не должны вызывать в нахлесточных соединениях сколько-нибудь значительных изгибающих моментов. Другим недостатком иахлесточных соединений явля ется неизбежное наличие щели между свариваемыми деталями, что обычно недопустимо из-за повышенной коррозии. Ввиду этого необходимо стремиться к созданию в конструкции стыковых соединений.
Форма сварного шва. Во всяком сварном соединении форма шва зависит от ряда технологических факторов, из которых наи более существенные: форма разделки кромок, режим сварки, положение шва в пространстве, материал и конструкция оснаст ки, степень поджатия свариваемых кромок к подкладке, форма канавки в подкладке и т. п. Сварной шов при одном и том же режиме сварки может получаться различной формы.
Усиление шва, имеющее резкий переход к основному метал лу (за счет повышенной высоты валика), может снижать проч ность сварных соединений из-за чрезмерной концентрации нап ряжений в месте перехода от шва к основному металлу. С целью проверки влияния формы усиления на прочность свар ных соединений образцы из сплава МА2-1 сваривали на раз личных режимах на подкладке с канавкой, имеющей глубину 1,2 мм. Образцы толщиной 2 мм имели высоту усиления шва в пределах 0,6—3 мм, образцы толщиной 5 м м — 0,7—2,7 мм. Проплав во всех случаях имел плавный переход к основному металлу. Особый интерес представляли сварные соединения с наибольшей высотой усиления, так как в этом случае получа ется наиболее резкий переход к основному металлу.
Результаты испытаний показали, что высота усиления при всех практически применяемых режимах сварки неплавящнмся электродом не влияет на статическую прочность сварных соединений из сплава МА2-1: во всех случаях прочность соеди нений составляла более 0,9 ав основного металла. Однако отсутствие усиления может оказать отрицательное действие (рис. 59).
91
Таблица 46
Прочность сварных соединений сплава AZ31B, выполненных импульсно-дуговой
сваркой с проволокой AZ61A [20]
Толщина |
Диаметр |
|
Швы с усилением |
Швы со снятым усилением |
|||
Скорость |
|
|
|
|
|
||
основного |
электрод |
предел |
место |
предел |
|
место |
|
материала |
ной |
сварки |
|
||||
в мм |
проволоки |
в см/мин |
прочности |
разрушения |
прочности |
|
разрушения |
|
в мм |
|
в кГ/ммг |
|
в кГ/мм2 |
|
|
с е |
1,0 |
61 |
24,9 |
3. т. в. |
25,7 |
1 |
3. т. в. |
|
1,0 |
160 |
26,8 |
То же |
24,5 |
! |
Шов |
|
1.0 |
61 |
24,1 |
о |
24,8 |
1 |
3. т. в. |
3,2 |
1,6 |
61 |
24,4 |
То же |
25,0 |
|
То же |
|
1,6 |
140 |
24,5 |
» |
24,3 |
|
» |
|
1,6 |
75 |
24,9 |
9 |
25,0 |
|
Шов |
4,8 |
1 ,6 |
61 |
24,3 |
То же |
25,0 |
|
То же |
|
1 ,6 |
137 |
24,0 |
» |
24,8 |
|
9 |
|
1 ,6 |
61 |
22,0 |
Шов |
24,0 |
|
9 |
|
1,6 |
137 |
24,7 |
3. т. в. |
24,9 |
|
9 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
6,3 |
1 ,6 |
61 |
22,2 |
То же |
25,0 |
|
То же |
|
2,4 |
61 |
22,6 |
Шов |
23,8 |
|
• |
|
1,6 |
122 |
23,4 |
3. т. в. |
24,8 |
|
9 |
|
2,4 |
122 |
23,2 |
То же |
25,2 |
|
9 |
|
2,4 |
61 |
22,6 |
9 |
24,4 |
|
9 |
|
2,4 |
122 |
23,4 |
9 |
24,8 |
|
0 |
П р и м е ч а н и е . 3. |
т. в, — зона термического влияния. |
|
|
|
сварных соединениях из ряда алюминиевых сплавов, показали, что с увеличением свариваемых толщин отрицательное влияние ■формы и размеров проплава увеличивается [11]. Поэтому при толщинах около 10 мм и более удаление проплава целесообразно для сварных соединений из всех легких сплавов.
Проплав с резким переходом к основному металлу сущест венно снижает прочность сварного соединения; прочность об разцов толщиной 5 мм с плавным переходом к основному ме таллу со стороны проплава составляет для образцов с усилением 97% и для образцов без усиления 86%; прочность образцов с резким переходом соответственно 85 и 78% прочности основного металла (см. рис. 59). Разрушение соединений, выполненных с резким переходом, начинается всегда в месте перехода пропла ва к основному металлу и продолжается либо по зоне сплавле ния, либо <по металлу шва (при недостаточной высоте усиления).
Снижение прочности сварного соединения со снятым усиле нием со стороны сварки (тип IV) нельзя объяснить одним только
93
путем не является универсальным средством повышения прочно сти сварных соединений. Большой объем дополнительной обра ботки может значительно усложнить процесс изготовления кон струкции. Подбором режима сварки и выбором рациональной оснастки необходимо обеспечивать форму и размеры швов, не требующих дополнительной механической обработки.
Прочность соединений с угловыми швами зависит от разме ра катетов этих швов. При изготовлении и испытаниях сварных конструкций из сплава МА2-1 авторы отметили случаи прежде временного разрушения тавровых и нахлесточных соединений из-за чувствительности к форме углового шва. Результаты ме ханических испытаний (табл. 47) показывают, что образцы с малой глубиной провара, а также с проваром, не выходящим за
пределы |
нижнего |
элемента (рис. |
60,а), |
более прочны, |
чем об |
разцы, |
имеющие |
проплавление |
шва |
с обратной |
стороны |
(рис. 60,6). Возможной причиной |
снижения прочности |
элемен |
тов соединений с проплавом может быть концентрация напря жений, вызванная различной деформационной способностью верхних и нижних участков шва.
Суммируя изложенное выше, можно сделать вывод о том, что сварные соединения сплава МА2-1 (и, по-видимому, всех других свариваемых магниевых сплавов) чувствительны к фор ме шва, т. е. при определенной неблагоприятной форме проч ность сварного соединения на растяжение будет ниже прочности металла любого, отдельно взятого участка этого соединения. Чувствительность сварных соединений к форме шва зависит от -следующих факторов: разницы в прочности металла околошовной зоны и металла шва; разницы в пластичности этих участков соединения; отношения ширины усиления шва к ширине про плава; отношения ширины усиления шва к толщине основного металла. Чем больше величина каждого из указанных факто ров, тем вероятнее проявление чувствительности сварных сое динений к форме шва, тем больше снижение прочности сварного соединения по сравнению с прочностью металла шва.
Смещение кромок. При сборке под сварку и при самой свар ке возможны смещения кромок, которые при определенных зна чениях приводят к резкому снижению прочности стыкового сварного соединения. О степени влияния смещений кромок мож но судить по результатам испытаний образцов из сплава МА2-1 с различной величиной смещения. Для металла толщиной 2,5 мм
смещение кромок до 0,5 мм |
(что составляет |
20% |
толщины ли |
|
ста) на прочность практически не влияет, |
а при |
дальнейшем |
||
увеличении |
смещений |
прочность соединений |
снижается |
(рис. 61). Подобная зависимость наблюдается и в соединениях толщиной 5 мм.
Чувствительность сварных соединений из сплава МА2-1 к смещению кромок выше, чем из алюминиевого сплава АМгб: если у сплава АМгб при смещении кромок, равном 50% толщи-
96
ны свариваемого металла, прочность сварных соединений тол щиной 2,5 мм остается не ниже 0,9 ав основного металла, то у сплава МА2-1 прочность подобных сварных соединений замети» ниже.
Разделка при подварке
у.осн.м
|
I |
г |
з |
|
Число |
п о д в а р о к |
|
[] - |
соединения с усилением |
'б$ соединения без |
|
и - |
угол изгиба |
|
усиления |
|
|
Рис. 62. Влияние числа подварок иа механические свойства сварных соединений толщиной 2,5 мм (а) и 5 мм (б). Присадочный
металл МА2-1
Влияние смещения кромок на снижение прочности сварных соединений в образцах и в конструкциях существенно различа ется. Как правило, смещение кромок, снижающее прочность об* разцов, не влияет на прочность сварной конструкции, что объ ясняется в основном локальным характером действия смещении
7—34 |
97 |
б кГ/ n t f
б кГ/мм2
Рис. 64. Распределение продольных ох и поперечных сгу остаточных сварочных напряжении в соединениях из сплавов МА2-1 и АМгб тол щиной 2,5 мл
Таблица 48
|
Прочность сварных |
соединений из сплава МА2-1 толщиной 2,5 |
м м |
|||
|
|
в_зависимости от условий подварки |
|
|
||
Р |
|
Од В кГ/мм* |
Угол изгиба в градусах |
|||
р |
|
|
|
|||
О |
|
|
Подварка со стороны |
|
|
|
Е |
|
|
|
|
||
О |
|
|
|
|
|
|
У к |
|
сварки |
проплава |
сварки |
проплава |
|
!?& |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
25,8—27,6 |
25,1—27,8 |
62-79 |
1 |
78—87 |
> |
|
1 |
||||
1 |
26,6 |
26,2 |
73 |
|
82 |
|
|
i |
|
|
I
1
2 |
I |
25,3—26,5 |
|
|
1 |
26,1 |
j |
||
|
||||
|
1 |
|
|1 |
|
|
I |
25,5—26,1 |
|
|
3 |
I |
|
||
1 |
25,6 |
|
||
|
|
I
25,1—28,2 |
! |
55—93 |
63—100 |
26,6 |
: |
' 7о |
70 |
|
i___ |
|
1 |
25,7—27,0 |
| |
61-89 |
67-97 |
26,0 |
j |
72 |
76- |
|
1 |
|
7* |
да |
Предел прочности сварных образцов толщиной 2,5 мм за метно снижается, начиная с третьей подварки, а после четырех кратной подварки он составляет 84% прочности основного ме талла. Четырехкратная подварка образцов толщиной 5 мм ка ких-нибудь заметных изменений прочностных свойств не вызывает (рис. 64). Угол изгиба в обоих случаях от действия подварок практически не меняется.
Таблица 49
Результаты химического и спектрального анализа металла шва сплава МА2-1
1 |
Химический |
Спектральный |
||
о |
||||
5 |
анализ |
анализ |
||
1 |
|
|
|
|
Число рок |
А1 |
Zn |
А1 |
Zn |
|
||||
0 |
1 |
— |
5,3 |
1,29 |
|
1 _ |
|
||
|
1 |
|
|
|
1 |
4,7 7 |
0,999 |
5.3 |
1,20 |
4 |
4 .7 6 |
| 0,96 |
5 ,0 |
1,15 |
55 |
|
|
, |
27.5 |
П |
V7 |
|
♦ |
I |
|
|
*ч|♦ |
|
34 |
Л5° |
|
I L |
е й
* \\Граница металла шва 'Центр нрдреза
Рис. 65. Образец с надрезом дл*. опреде ления ударной вязкости и стрелы про гиба при статическом изгибе
От места подварки (со стороны сварки или со стороны про плава) прочность сварных соединений не зависит (табл. 48). При четырехкратных подварках заметных изменений содержа ния в шве таких составляющих, как алюминий и цинк, не про исходит (табл. 49).
Исследование микроструктуры сварных соединений из спла ва МА2-1 показало, что металл шва, если он подвергался при подварках переплавке, имеет во всех случаях одинаковую по величине зерна структуру. В околошовной зоне размер зерна и толщина прослоек по границам зерен несколько увеличиваются с увеличением количества подварок (см. рис. 63). Рентгеноконтроль сварных швов показывает, что подварки не вызывают за метного увеличения пористости; наоборот, наблюдались случаи, когда при последующей подварке поры, если они попадали в переплавляемый металл, исчезали.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ККОНЦЕНТРАТОРАМ НАПРЯЖЕНИЙ
Всоединениях, выполненных сваркой плавлением, всегда имеются места концентраций напряжений, обусловленные фор мой шва, возможным смещением кромок, подрезом и т. п. Чув ствительность к концентраторам напряжений магниевого сплава МА2-1 оценивали в сравнении с алюминиевыми сплавами АМгб
100