CC BY
11
-Ф-
-Ф-
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
УДК 621.791.011
СВАРИВАЕМОСТЬ НАГАРТОВАННЫХ ПЛИТ ИЗ СПЛАВА 1565ч
А.М. Дриц, канд. техн. наук (ЗАО «Самарский металлургический завод», e- mail: Alexander. Drits@alcoa.com), В. В. Овчинников, докт. техн. наук (ФГБОУ ВПО «Московский государственный индустриальный университет»)
Изучены особенности структуры и свойства стыковых соединений плит толщиной 32 мм из алюминиевого сплава 1565ч, полученных аргонодуговой и электронно-лучевой сваркой. Исследовано влияние применяемого способа сварки на механические свойства и структуру сварных соединений плит из сплава 1565ч.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, сплавы системы Al-Mg, аргоноду-говая сварка, электронно-лучевая сварка, стыковые соединения, макроструктура, механические свойства, твердость сварного соединения.
Weldability of Cold-Worked 1565ch Alloy Plates. A.M. Drits, V.V. Ovchinnikov.
Special features of a structure and properties of butt joints of 32 mm thick 1565ch aluminium alloy plates, made by argon-arc and electron-beam welding techniques have been studed. The influence of the welding techniques on mechanical properties and a structure of 1565ch alloy plate weld joints has been investigated.
Key words: aluminium alloys, Al-Mg system alloys, argon-arc welding, electron-beam welding, butt joints, macrostructure, mechanical properties, weld joint hardness.
Введение
В последнее время производители специальной автотехники большое внимание уделяют применению алюминиевых сплавов в сварных деталях указанных конструкций для снижения их массы.
Широко используют термически неупроч-няемые свариваемые сплавы АМг5 и АМг6 в отожженном и горячекатаном состоянии. Плиты из них имеют относительно низкий предел текучести (ст0,2 = 110-135 МПа). В связи с этим предпринимаются попытки применить в сварных конструкциях листы и плиты со значительной нагартовкой, которая повышает предел прочности и предел текучести.
Перспективным материалом для изготовления специальной автомобильной техники, обладающим более высокими прочностными свойствами (на 15-25 %) по сравнению со сплавами АМг5 и АМг6, является сплав 1565ч, поставляемый компанией «Алкоа Россия».
При сварке плавлением упрочненный на-гартовкой материал вследствие рекристаллизации и отпуска обычно разупрочняется в околошовной зоне до уровня отожженного металла, а прочность шва практически такая же, как и при иных состояниях исходного полуфабриката [1-4].
Цель настоящей работы заключалась в том, чтобы изучить особенности разупрочнения плит из сплава 1565ч при различных способах сварки и определить зависимость прочности соединений от тепловложения и формы шва.
Материалы и методика проведения исследований
В исследовании использовали плиты толщиной 32 мм из сплава 1565ч (5,72 Мд, 0,85 Мп, 0,62 гп, 0,22 Ре, 0,12 81, 0,11 гг, 0,07 Сг, 0,03 Т1 %), в исходном состоянии после холодной деформации они имели в продольном направлении следующие свойства: ств = 452 МПа,
-Ф-
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
Таблица 1
Режимы сварки различными способами плит толщиной 30 мм из сплава 1565ч
Способ сварки Установка, источник питания и, В 1св, А ^св, м/ч ц/у, Дж/см
Электронно-лучевая ЭЛУ-20МК, ЭЛА-60/60 60•103 220•10-3 35 10900
Аргонодуговая на переменном токе РГА-150, ИСВУ-315 14 165 5 10050
Автоматическая Автомат сварочный, 14 180 15 4850
в щелевую разделку ИСВУ-315
Примечание. Приведены расчетные значения погонной энергии при величине КПД источников нагрева 0,8, 0,6 и 0,75 соответственно способу сварки.
ст0,2 = 405 МПа, 8 = 8,3 %, а в поперечном -ств = 438 МПа, ст02 = 378 МПа, 8 = 7,5 %.
Сварные соединения выполняли ручной ар-гонодуговой сваркой, автоматической сваркой в щелевую разделку кромок и электронно-лучевой сваркой на режимах, представленных в табл. 1 [5-7]. Указанные способы характеризуются неодинаковым тепловложе-нием, динамическим действием и эффективностью удаления оксидной пленки. Плиты шириной 400 мм соединяли электронно-лучевой сваркой за один проход без разделки кромок.
При использовании для соединения плит ручной аргонодуговой и автоматической щелевой сварки применяли разделки кромок, показанные на рис. 1. С целью уменьшения теплового воздействия на соединяемый металл сварку осуществляли в 12 проходов. После каждого прохода образец охлаждали до комнатной температуры и при ручной ар-гонодуговой сварке переворачивали.
Непосредственно перед сваркой стыкуемые кромки образцов подвергали шабрению торцевой, лицевой и обратной поверхностей (полоской шириной 10 мм от стыка). После
Рис. 1. Форма разделки кромок при аргонодуговой (а) и автоматической сварке в щелевую разделку (б) плит толщиной 30 мм из сплава 1565ч
сварки образцов сварные соединения подвергали рентгеновскому контролю.
При ручной аргонодуговой сварке и автоматической сварке в щелевую разделку кромок применяли присадочную проволоку марки св. АМг61 диаметром 2,6 мм.
Для механических испытаний на предел прочности при растяжении, угол изгиба и ударную вязкость по шву изготавливали образцы в соответствии с ГОСТ 6996-66. При этом предел прочности при растяжении определяли на плоских образцах толщиной 3 мм, вырезанных из средней части соединения по высоте (средняя часть плиты по толщине).
Измерение твердости в различных зонах сварного соединения проводили по Бринеллю регламентирует ГОСТ 9012-59 (ИСО 6506-81, ИСО 410-82) (в редакции 1990 г.). Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение 10-15 с, и измерении диаметра отпечатка после снятия силы. При измерениях использовался стальной шарик диаметром 10 мм при нагрузке 3000 Н.
Твердость сварных соединений, полученных электронно-лучевой сваркой и автоматической аргонодуговой сваркой в щелевую разделку кромок, измеряли в поперечном сечении на уровне половины толщины плиты. Для соединений, выполненных многопроходной ручной аргонодуговой сваркой, твердость еще дополнительно замеряли на уровне 7 мм от поверхности плиты. Шаг между точками замеров составлял 10 мм.
-Ф-
-Ф-
-Ф-
-Ф-
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
а б в
Рис. 2. Макроструктура сварного соединения плит толщиной 30 мм из сплава 1565ч, выполненного различными способами сварки:
а - ручная аргонодуговая многопроходная сварка; б - электронно-лучевая сварка; в - автоматическая сварка в щелевую разделку кромок (х 1)
-Ф
Таблица 2
Механические свойства соединений плит толщиной 30 мм из сплава 1565ч
при различных способах сварки
Способ сварки ств, МПа ст02, МПа а, град KCU, кДж/м2 K = с.с/сто.м
Электронно-лучевая 391 330 64 190 0,87
Ручная аргонодуговая многопроходная 320 272 155 280 0,71
Автоматическая в щелевую разделку 347 310 160 290 0,77
Примечания. 1. Значения ств получены на образцах, зачищенных заподлицо с двух сторон.
2. Приведены средние показатели механических свойств по результатам пяти испытаний.
Ф-
Результаты исследований и их обсуждение
Результаты анализа макроструктуры сварных соединений показали, что все примененные способы сварки обеспечивают доброкачественные без присутствия внутренних дефектов соединения (рис. 2). Ширина швов находится примерно в прямой зависимости от погонной энергии сварки.
Результаты механических испытаний сварных соединений (табл. 2) показывают, что образцы сварных соединений, зачищенных с двух сторон заподлицо с основным металлом, имеют различные значения прочности. Отношение прочности соединений к прочности основного металла (по средним значениям) составляет 0,87 при электронно-лучевой сварке, 0,71 при ручной аргонодуговой сварке и 0,77 при сварке в щелевую разделку кромок (предел прочности основного металла 440 МПа).
б
Рис. 3. Образец сварного соединения плиты из сплава 1565ч, выполненного электронно-лучевой сваркой, до испытаний на ударную вязкость (а) и характер его разрушения при испытаниях (б)
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
При сварке с более высокой концентрацией энергии ширина шва уменьшается, и заметно возрастает условный предел текучести. Ударная вязкость металла шва при дуговых способах сварки больше, чем у соединений,
Рис. 4. Изменение твердости металла зоны термического влияния соединений плит толщиной 30 мм из сплава 1565ч, выполненных электронно-лучевой сваркой (а), сваркой в щелевую разделку кромок (б) и ручной многопроходной аргонодуговой сваркой (в): 1 - на уровне половины толщины плиты; 2 - на уровне 7 мм от лицевой поверхности плиты
выполненных электронно-лучевой сваркой. В последнем случае ввиду малой ширины шва разрушение при ударном изгибе фактически происходит по зоне сплавления и основному металлу (рис. 3). Кроме того, на повышение значений ударной вязкости при дуговых способах сварки благоприятно влияет применение присадочной проволоки.
При всех рассмотренных способах сварки плиты существенно разупрочняются по зоне термического влияния. Снижение их твердости от исходной до твердости металла шва плавное без перегибов кривой, характерных для термически упрочненных сплавов, например, 1420 (рис. 4) [8]. Это свидетельствует о том, что при сварке плит из сплава 1565ч в зоне термического влияния происходит лишь частичное или полное снятие наклепа и рекристаллизация, в то время как у термоупроч-няемых алюминиевых сплавов наблюдается более широкий комплекс структурных изменений, включая перезакалку и различные стадии распада твердого раствора [9].
Общая ширина зоны разупрочнения в значительной мере зависит от способа и погонной энергии процесса сварки. При электронно-лучевой сварке эта зона составляет 15 мм, при сварке в щелевую разделку кромок - 25 мм.
При ручной многопроходной сварке ширина зоны разупрочнения зависит от уровня от поверхности плиты, на котором производятся замеры, и составляет в среднем 35-40 мм (рис. 4, в).
При многопроходной сварке тепло предыдущих слоев не суммируется, так как металл успевает полностью остыть. Повторение близких по мощности термических воздействий на каждом последующем проходе незначительно изменяет твердость свариваемого металла.
Выводы
1. При электронно-лучевой сварке благодаря малому тепловложению получены узкие швы с участками разупрочнения основного металла до 12-15 мм с каждой стороны шва. Прочность соединений при этом на 50-70 МПа выше, чем у сваренных дуговыми методами сварки.
-Ф-
-Ф-
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
2. Выполнение многослойных швов с помощью автоматической аргонодуговой сварки в щелевую разделку кромок неплавящимся электродом наряду с повышением прочности соединений на 20-30 МПа способствует сужению зоны разупрочнения примерно на 40-50 % по сравнению с многопроходной ручной аргонодуговой сваркой.
3. Для изготовления сварных конструкций из нагартованных плит сплава 1565ч целесообразно применять способы сварки с минимальным однократным тепловым вложением или многослойную сварку с полным промежуточным охлаждением соединения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дриц А.М., Овчинников В.В., Растопчин Р.Н.
Технологические свойства листов из свариваемого алюминиевого сплава 1565ч для производства цистерн // Технология легких сплавов. 2012. № 3. С. 20-29.
2. Szubryt M., Fryc H. Сварка алюминиевых сплавов серии 6000 способами MIG Puls и Synchro Puls в процессе изготовления рельсовых транспортных средств. // Biuletin Institutu Spawalnictwa w Gliwicach. 2010. № 5. P. 192-194, 197-198.
3. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы. - М.: Металлургия, 1979. - 208 с.
4. Металловедение алюминия и его сплавов: справ. / Отв. ред. Фридляндер И.Н. - М.: Металлургия, 1983. - 280 с.
5. Овчинников В.В. Электронно-лучевая сварка новых деформированных алюминиевых сплавов // Заготовительные производства в машиностроении. 2013. № 1. С. 11-16.
6. Kotsuya Kondou, Nobuhiro Matsumoto, Kouji Wa-da, Osamu Ohashi. Влияние параметров режима сварки на импульсном токе на соединение алюминиевых сплавов 5052 и 6063 // Journal of Light Metal Welding and Construction. 2008. V. 46. № 11. P. 11-17.
7. Рабкин Д.М. Металлургия сварки плавлением алюминия и его сплавов. - Киев: Наукова думка, 1986. - 256 с.
8. Дриц А.М., Овчинников В.В. Свариваемость и свойства соединений высокопрочных сплавов системы Al-Cu-Li-Mg, легированных серебром, скандием и цирконием // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. № 7. С. 18-25.
9. Бецофен С.Я., Осинцев О.Е., Цзян Фэн, Масюков С.А. Гетерогенность структуры при прокатке и отжиге алюминиевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. № 9. С. 14-19.
