книги из ГПНТБ / Фельдман Л.С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соединений

Л. С. ФЕЛЬДМАН

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ

КОНТРОЛЬ

КАЧЕСТВА

КЛЕЕСВАРНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ

Издательство «Техніка» Киев — 1973

Предисловие

За последнее время в практике машиностроения все более широкое применение находят прогрессивные спо­ собы получения неразъемных соединений элементов кон­ струкций: сварных, клееных, клеесварных, клееклепанных, клеерезьбовых.

Клеесварные соединения получаются в результате совмещения технологических процессов контактной сварки и склеивания металлов. В этих соединениях силовую основу составляют сварные точки, разгруженные в значительной мере клеевой прослойкой. Распределение напряжений между сварными точками и клеевой прослойкой умень­ шает их концентрацию у границ сварной точки и приводит к повышению прочности соединений. Наличие сварных точек в свою очередь увеличивает прочность клеевого шва при неравномерном отрыве и при циклических нагрузках. При­ менение клеесварных соединений значительно повышает усталостную прочность, герметичность и надежность кон­ струкций при длительной эксплуатации, дает возможность производить антикоррозийную обработку узлов из лег­ ких сплавов, достигать высокой производительности труда, широкой комплексной механизации и автоматизации про­ изводственных процессов. Внедрение клеесварных соедине­ ний позволяет значительно повысить техническую куль­ туру производства.

Масштабы применения клеесварных соединений не­ прерывно возрастают за счет вытеснения клепки, а в не­ которых случаях— и сварки плавлением. В связи с этим к неразрушающим методам контроля были предъявлены особые требования. Только на основе применения надеж­ ных неразрушающих методов контроля в сочетании с жест­ ким соблюдением режимов контактной сварки и склейки

3

Г л а в а 1

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНИЯ КЛЕЕСВАРНЫХ ТОЧЕЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

ДЕФЕКТЫ В КЛЕЕСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Технология выполнения клеесварных точечных соединений

Клеесварные точечные соединения получают в резуль­ тате совмещения технологических процессов точечной сварки и склейки металлов, поэтому особенности техноло­ гии выполнения клеесварных соединений зависят от спе­ цифики каждого из этих процессов. Точечная сварка пред­ ставляет собой электромеханический процесс образования неразъемного соединения, формирование которого проис­ ходит при определенных условиях нагрева под давлением. Особенностями ее являются большие скорости нагрева и охлаждения места соединения, а также незначительный объем расплавленного металла.

При точечной сварке одновременно протекают следую­ щие процессы:

1) расплавление сопрягаемых поверхностей сваривае­ мого металла под влиянием внутренних источников тепла, образование жидкой ванны (ядра) и затем в процессе охлаж­ дения последующая совместная кристаллизация расплав­ ленного металла с нерасплавленным — сваривание;

2) тепловое воздействие на металл в околошовных зонах. Первый процесс определяет форму и размеры ядра, второй — структуру переходной зоны, оба вместе — ка­

чество и прочность сварного соединения в целом [2]. Тепловой режим сварки зависит от электрического со­

противления участка металла, помещенного между электро­ дами, величины сварочного тока и длительности его про­ текания.

Однако не все материалы хорошо свариваются. Под свариваемостью следует понимать [11] способность мате­ риала образовывать при рациональном технологическом процессе сварки прочное соединение без существенного

5

снижения свойств свариваемого материала в самом соеди­ нении и в прилегающей к нему околошовной зоне.

Некоторые свойства (прочность, пластичность, корро­ зионная стойкость и др.) зоны сварки, а также околошовной зоны, определяющие качество сварного соединения, могут отличаться от соответствующих свойств свариваемого ма­ териала в результате изменений химического состава, макро- и микроструктуры. Эти изменения возникают вследствие термического цикла сварки, взаимодействия нагретого материала с окружающей средой и пластической деформа­ ции.

Контактная сварка выполняется без присадочного ма­ териала. При точечной и роликовой сварке детали настолько плотно прижаты в месте их соединения, что материал в ядре практически не взаимодействует с окружающей атмосфе­ рой и поэтому его состав в результате переплава не изме­ няется.

Процесс нагрева и охлаждения металла при точечной и роликовой сварке, вследствие малого объема расплавле­

сварке тонких листов нагрев до расплавления продолжается 0,01—0,02 сек и идет со скоростью более 100000° С/сек*. В связи с этим кристаллизация носит в основном бездиффу­ зионный характер, а в зоне плавления образуется преиму­ щественно неравномерная структура, за исключением начальной области кристаллизации металла по границам шва (область сравнительно малых скоростей охлаждения), где вследствие начавшейся диффузии наблюдается внутрикристаллическая ликвация (в сплавах Д16, МА8 и др.). Скорость охлаждения оказывает влияние также на межкристаллитную ликвацию, т. е. на количество второй фазы, выде­ ленной по границам дендритов.

на поверхности частично оплавленных зерен основного ме­

6

ции. В зависимости от условий охлаждения рост дендритов идет преимущественно в направлении, перпендикулярном к поверхности электродов. При скоростях охлаждения, соизмеримых со скоростью роста, кристаллов, чистые ме­ таллы и сплавы с малым интервалом кристаллизации обра­ зуют преимущественно столбчатую структуру и, наоборот, сплавы с широким интервалом кристаллизации — равно­ осную структуру.

При больших скоростях охлаждения» когда весь объем расплавленного металла оказывается почти одно­ временно переохлажденным, наблюдается образование сплошной равноосной структуры. В зоне плавления сварно­ го шва образуется неравновесная структура, состоящая из первичных кристаллов твердого раствора переменного состава и некоторого количества межзерновых прослоек хрупких интерметаллидов и эвтектик. Как правило, такая структура по сравнению с исходной структурой проката имеет пониженные пластичность и прочность. По­ теря прочности происходит особенно интенсивно при сварке сплавов, находящихся в состоянии нагартовки или терми­ ческой обработки.

Область расплавления сплава Д16 (рис. 1, б) содержит кристаллы твердого раствора с пониженным содержанием упрочнителей и расположенные вокруг них легкоплавкие хрупкие скопления эвтектик и интерметаллидов типа СиАЬ, A l 2 CuMg и др. [24]. Снижение содержания упрочнителей в твердом растворе и выделение эвтектик являются основ­ ными причинами снижения прочности, пластичности и кор­ розионной стойкости металла сварного шва.

Область расплавления сплава АМгб состоит также из кристаллов твердого раствора, окруженных сеткой выде­ ления ß-фазы (Mg5 Al8 ) и других интерметаллидов. С уменьшением скорости кристаллизации (с увеличением времени нагрева) структура литого металла становится более грубой. В некоторых случаях по границам ядра свар­ ной точки наблюдается скопление интерметаллидов типа Mgs Al8 , FeMnAl6 , ТіА13 и др. При сварке сплава АМгб вы­ деление ß-фазы и исключение эффекта нагартовки со­ провождается также некоторым снижением прочности, хотя в значительно меньшей степени, чем при сварке сплава Д16АТ.

В связи с малым интервалом кристаллизации область расплавления сплава МА-8 преимущественно состоит из

7

столбчатых дендритов, между которыми располагаются дисперсные выделения марганца, интерметаллидов Mg4 Al.,, а также различного рода хрупких эвтектик.

Между ядром точки и основным металлом свариваемых

в нем дендритные кристаллы ядра переходят в исходную структуру деформированного металла. Переходная зона

В результате термического цикла сварки и пластической деформации в переходной зоне протекает ряд процессов, изменяющих первоначальную структуру и свойства основ­ ного материала. Металл этой зоны хотя и не состоит из дендритных кристаллов, но в то же время потерял началь-

] ную деформированную структуру. Переходная зона окру­ жает все ядро точки тонкой оболочкой (толщина от деся-

•тых до сотых долей миллиметра). Незначительная ширина переходной зоны указывает на высокий температурный градиент на границе ядра в момент сварки и затрудняет

• структуры возможно и изменение состава ее, которое вызы-

щается основным элементом. Наиболее характерно это явле­ ние для точечной сварки дюралк миниевых сплавов [45].

В результате исследований, проведенных Д. С. Балковцем, установлено, что за счет подавления диффузион­ ных процессов при высоких скоростях кристаллизации концентрация пограничного слоя дюралюминия повы­ шается в 3,4 раза: и в его состав входит 13,6% Си. Анало­ гичный расчет для углеродистой стали показал, что кон­ центрация углерода в пограничном слое повышается в 1,7 раза.

При сварке процесс диффузии из пограничного слоя во внутренние слои расплава осложняется движением жидкости, явлением захвата жидкости растущим дендрит­ ным скелетом и наличием двухфазной области перед фрон­ том кристаллизации, в которой могут быть отдельные кри­ сталлы. Движение жидкости ускоряет процесс выравни­ вания состава аналогично действию диффузии. В условиях сварочного контакта движение будет проходить тем быстрее,

9