книги / Сварка магниевых сплавов

ния их прочности. Для оценки прочностных свойств таких сое­ динений из сплава МА2-1 авторы использовали метод сравнения

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]

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

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

(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

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

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

I

1

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.

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