CC BY
146
УДК 621. 791
Б. В. СИТНИКОВ, канд. техн. наук
Национальный технический университет «Харьковский политехнический университет», г. Харьков
ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПОДОГРЕВА НА ПОПЕРЕЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА В ЗОНЕ ШВА ПРИ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКЕ ПЛАСТИН ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АМг6
Приведены сведения о влиянии температуры предварительного подогрева на поперечные деформации металла в зоне шва при аргонодуговой сварке пластин из алюминиевого сплава АМг6 , которые могут быть использованы для выбора оптимальных режимов сварки, позволяющих повысить стойкость сварных соединений против образования кристаллизационных трещин.
Наведено відомості про вплив температури попереднього підігріву на поперечні деформації металу в зоні шва при аргонодуговому зварюванню пластин з алюмінієвого сплаву АМг6, які можуть бути використані для вибору оптимальних режимів зварювання , що дозволяють підвищити стійкість зварених з'єднань проти утворення кристалізаційних тріщин.
Общая постановка проблемы
Научные разработки отечественных и зарубежных исследователей привели к созданию весьма совершенных конструкций и технологических процессов их про-изводства. Однако в этом производстве есть звено, существенно тормозящее дальнейший технический прогресс. Таким звеном является проблема технологической прочности металлов при сварке.
Острота проблемы технологической прочности металлов в процессе кристаллизации и в отечественном, и в зарубежном производстве сварных конструкций раскрыта в ряде работ. Оценка производственной и научно-технической обстановки, а также программа работ по этой проблеме в развернутом виде представлены в работе [1].
Анализ проведенных исследований
В процессе кристаллизации твердожидкий металл шва претерпевает усадку и подвергается воздействию сварочных деформаций [2]. В этот период даже незначительные напряжения растяжения могут привести к образованию кристаллизационных трещин [2-4].
Основные закономерности возникновения деформаций и напряжений при дуговой сварке алюминиевых пластин рассмотрены в работах [5, 6]. На основании экспериментального ис-следования закономерностей изменения сварочных деформаций с помощью метода муаровых полос был сделан вывод, что для алюминиевых сплавов характерным является поперечное сжатие металла за сварочной ванной [7]. С возрастанием скорости сварки пик сжатия сдвигается в сторону более низких температур. При этом предполагалось [5, 6], что сварочные напряжения появляются за ванной только после до-стижения температуры солидус. При температуре же выше солидуса должно происходить свободное перемещение металла в сварочную ванну. Однако в действительности напряжения возникают во время пребывания металла в твердожидком состоянии при температурах, превышающих точку солидуса, концентрируются они в наиболее слабом участке.
Учитывая вышеизложенное, можно заклю-чить, что для выбора оптимального режима сварки, безопасного с точки зрения кристаллизационного растрескивания, необходимо изу-чить закономерности изменения поперечных деформаций металла шва во время пребывания его в твердожидком состоянии.
Формирование целей статьи
Настоящая работа посвящена эксперимен-тальному исследованию влияния температуры предварительного подогрева Тп.п. на закономерности изменения поперечных перемещений в
зоне шва во время кристаллизации при аргонодуговой свар-ке алюминиевого сплава АМг6.
Основной материал
В данном случае использование контактных методов измерения затруднено из-за высоких температур в зоне измерения и весьма малой прочности металла, находящегося в твердо-жидком состоянии в процессе кристаллизации, соизмеримой с давлением ножек деформометров. Для устранения указанных затруднений был использован бесконтактный метод измерения сварочных деформаций по методике, приведенной в работе [8].
Базой измерения являлась система перекрещивающихся рисок, нанесенных перед сваркой на тех участках свариваемых кромок деталей, которые не подвергаются расплавлению (рис. 1).
Для измерения деформаций бесконтактным методом использовали горелку с прозрачной крышкой, позволяющей наблю-дать и фиксировать на кинопленке изменения базы между контрольными отметками, предварительно нанесенными слева и справа от оси шва . Киносъемку производили со скоростью 8-24 кадров в секунду. После проявления пленки расстояние между отметками каждой базы измеряли с помощью инструментального микроскопа. Для уменьшения погрешности использовали базу 14-16 мм, при которой погрешность составляла не более 0,2 %.
В экспериментах использовали пластины раз-мерами 200х150 мм толщиной 4 мм. Сварку проводили вольфрамовым электро-дом марки ЭВЛ диаметром 4 мм на переменном токе от источника питания ТИР-300Д с использованием присадочной проволоки СвАМгб диаметром 2 мм на режимах, указанных в таблице.
Устройство для креплления и подогрева пластин состояло из экспериментальной нагревательной электрической плиты , на которую помещался столик с исследуемым образцом. Образцы подогревали до заданной температуры Тп.п., затем отключали нагревающее устройство и начинали процесс сварки.
На рис. 2 представлены результаты измерений относительных перемещений е, % свариваемых кромок в поперечном направлении при сварке пластин из алюминиевого сплава АМгб со скоростью 12, 24, 36 и 48 м/ч. Начало измерений относительных перемещений соответствует моменту прохождения дуги анализируемого сечения , конец - моменту завершению кристаллизации сварочной ванны.
Рис.1. Схема сварочной ванны: 1в- длина сварочной ванны; 1хв- длина хвостовой части сварочной ванны; + - перекрещивающиеся риски; 1х- промежуточное положение
перекрещивающихся рисок
Таблица
Ориентировочные режимы автоматической аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом с присадочной проволокой стыковых соединений алюминиевого сплава АМг6
толщиной 4 мм
№опыта 1св,А Vсв,м/ч Vп.пр,м/ч Тп.п.,0 С
1 170 12 25 20
2 220 24 30 20
3 260 36 35 20
4 310 48 40 20
5 160 12 25 100
6 210 24 30 100
7 250 36 35 100
8 300 48 40 100
9 160 12 25 150
10 200 24 30 150
11 240 36 35 150
12 300 48 40 150
13 150 12 25 200
14 190 24 30 200
15 230 36 35 200
16 280 48 40 200
Полученные результаты свидетельствуют о том, что при сварке пластин встык без зазора по мере удаления дуги от анализируемого сечения базовое расстояние в зависимости от скорости сварки и температуры предварительного подогрева может уменьшаеться , увеличиваться , либо оставаться неизменным . Момент, когда начинается сближение базовых точек, представляет наибольший интерес с точки зрения оценки возможности образования кристаллизационных трещин в сварном шве[9]. Условия, при которых уменьшение базового расстояния происходит одновременно с протеканием кристаллизации металла в анализируемом сечении являются безопасными в отношении образования кри-сталлизационных трещин, так как ослабленный участок шва подвергается сжимающему воздействию окружающего металла, которое полностью или частично компенсирует напряжения растяжения, обусловленные затрудненной усадкой. Если же базовое расстояние остается неизменным во время кристаллизации, это свидетельствует о наличии напряжений растяжения, обусловленных затрудненной усадкой. Это также создает опасность образования кристаллизационных трещин, поскольку напряжения, как правило, концентрируются в наиболее слабом осевом участке шва, где металл затвердевает в последнюю очередь. Однако склонность к образованню трещин, связанная с деформация-ми металла шва, обусловленными воздействием окружаюшего металла, зависит и от других факторов: протяженности температурного интервала хрупкости, относительного удлинения в этом интервале, темпа нарастания деформаций растяження. Поэтому неизменный размер измеряемой базы в интервале кристаллизации не является фактором, который неизбежно приводит к образованию кристаллизационных трещин — он только свидетельствует о тенденции возрастанию опасности растрескивания.
Зависимости, полученные при сварке пластин со скоростью 12 м/ч (рисунок
2,а), свидетельствует о наличии деформаций сжатия в период пребывания металла шва в твердожидком со-стоянии , как при подогреве образцов , так и без него. В случае увеличения скорости сварки до 24 м/ч затвердевающий металл шва при сварке пластин без подогрева сначала подвергался воздействию деформаций сжатия , а затем растяжения (рис. 2 б) , что способствует снижению стойко-сти свариваемого соединения против образова-ния кристаллизационных трещин. Подогрев образцов при этой скорости сварки до 100 С и выше
способствует устранению растягивающих напряжений в области пребывания металла шва в твердожидком со-стоянии. Дальнейшее увеличение скорости сварки до 36 м/ч приводит к тому, что подогрев образцов до 100 С с целью устранения растягивающих напряжений оказывается недостаточным (рис. 2 в). Наличие деформаций сжатия в период пребывания металла шва в твердожидком со-стоянии достигается при подогреве пластин до 150 и 200 С. С увеличением скорости сварки до 48 м/ч обеспечить деформации сжатия в кристаллизующемся металле шва возможно лишь при подогреве пластин до 200 С (рис. 2 г).
а)
Є, о
1.5'
-о-
е,%|
Оч.
1,5
0.2
-о-
~Х.
I
'X-
_1_
-X-
-ф-
0.4 0,6
б)
-о-
і
—о-
I
—»-
'X-
_ I _
“X-
0.8 1х/1хв
-о-
I
"X-
I
-1 -О
-х
I
-ф
0,2 0,4 0,6 0.8ІХ/ІХВ
в)
г)
Рис. 2. Относительные перемещения свариваемых кромок в поперечном направлении при : а) - Vсв = 12 м/ч ; б) - Vсв = 24 м/ч ; в) - Vсв = 36 м/ч ; г) - Vсв = 48 м/ч ; о - о - Тп.п = 200 С; • - • - Тп.п = 1000 С; х - х - Тп.п .= 1500 С; * - * - Тп.п .= 2000 С;
Выводы
При сварке пластин из алюминиевого сплава АМг6 размером 200x150 мм толщиной 4 мм увеличение скорости сварки в диапазоне 12 - 48 м/ч приводит к снижению стойкости соединения против образования кристаллизоционных трещин. При сварке без подогрева образование кристаллизоционных трещин наименее вероятно при Vсв = 12 м/ч.
Предварительный подогрев пластин свариваемых со скоростью в диапазоне 12 - 48 м/ч приводит к увеличению стойкости соединения против образования кристаллизоционных трещин.
Полученные результаты могут быть использованы для выбора оптимальных режимов сварки , позволяющих повысить стойкость сварных соединений из алюминиевого сплава АМг6 против образования кристаллизоционных трещин.
Список литературы
1. Рыкалин Н. Н. , Прохоров Н. Н. , Шоршоров М. Х. Состояние и задачи развития теории технологической прочности металлов в процессе кристаллизации при сварке//Сварочное производство. - 1971. - № 6. - С. 3-5.
2. Прохоров Н. Н.. Технологическая прочность сварных швов в процессе кристаллизации. - М.: Металурпя, 1979. - 248 с.
3. Рабкин Д. М. Металлургия сварки плавлением алюминия и его сплавов. - Киев : Наук. думка, 1986 - 256 с.
4. Matsda F., Nakata K., Harada S. Moving characteristics of weld edges during solidifikation cracking in GTA weld of aluminium allouy thin sheet //Trans. IWRI. - 9, № 2. - Р 83-93.
5. Chichoski R. A. The character of stress fields around a weld arc moving on aluminium sheet //Weld. J. - 1972-51, № 1. - Р 9-18.
6. Chichoski R. A. Understanding weld cracking in aluminium sheet//Ibid. -Р. 24-30.
7. Chichoski R. A. Expansion and stress around aluminium weld puddet//Ibid. - 1979. - 58, № 9. - Р 263-267.
8. Якушин Б. Ф., Чернавский Д. М. Влияние режима сварки на технологическую прочность алюминиевых сплавов//Сварочное производство. - 1972. - № 11. - С. 1-3.
9. Семенюк Н. И. , Рабкин Д. М. Анализ изменения поперечных деформаций металла в зоне шва при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов// Автоматическая сварка. - 1990. -№ 9. - С. 19-22.
INFLUENCE OF PREHEAT ON TRANSVERSAL DEFORMATIONS OF METAL IN AREA OF GUY-SUTURES AT ARGON-ARC WELDING OF PLATES FROM ALUMINIUM ALLOY OF AMg6
B. V. SITNIKOV, Cand. Tech. Scie.
Data on influence of temperature preliminary on cross deformations of metal in a zone of a seam are resulted at to welding of plates from aluminium alloy АМг6 which can be used for a choice of optimum modes of the welding, allowing to raise stability of welded connections formation cracks.
Поступила в редакцию 25.06 2011г.
