Другие процессы сварки

24.01.2017

Стыковая сварка плавлением и роликовая сварка. Хотя использование непрерывного и прерывистого методов роликовой сварки и стыковой сварки оплавлением дает хорошие результаты, для специфических случаев требуется проведение дополнительных исследовательских работ.
Сварка давлением. Некоторые опыты по сварке давлением были проведены в Англии и США.
Фирма Dow сообщает, что прочность сварного соединения для сплава ZK60—Т5 превышает 98% прочности основного металла при удлинении 10—12%. Соединение этого сплава с высокопрочным алюминиевым сплавом может быть осуществлено путем кузнечной сварки.
Дуговая сварка без аргона и гелия. Дуговая сварка в отсутствие аргона и гелия обычно не дает хороших результатов. Считают, что атомарный водород способствует образованию пористых сварных соединений. В России были проведены в этом направлении исследования.
Фирма Dow приводит некоторые предварительные данные о приварке шпилек или шипов.
Электроннолучевая сварка. Вследствие дороговизны плохо рассеивающихся топливных элементов, применяемых в ядерной промышленности определенный интерес может представить использование электроннолучевого метода для сварки торцовых крышек из магниевых сплавов. Ожидаемые преимущества при использовании магниевых сплавов заключаются в более длительном пути рассеяния и большем сопротивлении механическим повреждениям. Некоторые трудности возникают из-за летучести металла. Ряд экспериментальных образцов был успешно изготовлен методом электроннолучевой сварки. Сварной шов, полученный этим методом, имеет ширину несколько больше, чем 1 мм, и значительно большую глубину, чем при обычной дуговой сварке.
Свариваемость сплавов при сварке плавлением. Для того чтобы оценить свариваемость различных сплавов, желательно иметь ряд стандартных методов испытаний, в которых используется зажимное приспособление для создания высокой степени предварительной деформации и обеспечения наиболее жестких условий испытаний. Ценные результаты были получены на листовом материале Боллом и Тэйтом при испытаниях свариваемости по методике Британской ассоциации по исследованиям в области сварки для различных сплавов. Некоторые сплавы были испытаны MEL с зажимным приспособлением типа «рыбья кость», разработанным Хоулдкрофтом для алюминиевых сплавов ii позволяющим произвести полуколичественную оценку свариваемости.
Сплав Mg—Mn (АМ503). Как и следовало ожидать, благодаря однофазной структуре и небольшому интервалу кристаллизации листы сплава АМ503 легко свариваются и обычно не растрескиваются при испытаниях в зажимных устройствах BWRA в кольцевой пробе при использовании методов газовой или аргоно-дуговой сварки. Сплав, однако, имеет большую величину литейной пористости (см. ниже).
Другие процессы сварки

Поэтому условия, способствующие растрескиванию, могут возникать, если компонент, образующий легкоплавкие фазы по границам зерен, присутствует в небольших количествах. Крупное зерно в сплаве АМ503 проявляется и в сварных соединениях, несмотря на интенсивное охлаждение, применяемое в процессе сварки.
При добавлении 0,04—0,2% Ca растрескивание соединения можно ожидать в случае испытаний в зажимных приспособлениях. В данном случае растрескивание происходит по зоне сплавления металла шва и основного материала. Это, без сомнения, вызвано концентрацией кальция по границам зерен в виде тонкой жидкой пленки, образующейся на последних стадиях кристаллизации. При больших добавках кальций образует вокруг зерен сетку из второй фазы с малоугловыми границами, присутствие которой вызывает эффект охрупчивания при испытаниях на растяжение. Джордж подтвердил, что температура солидуса понижается за счет кальция.
При газовой сварке содержание кальция для полной свариваемости ограничивают по возможности до 0,02%, а для аргоно-дуговой сварки оно может достигать 0,15% при испытаниях в кольцевой пробе. Необходимо напомнить, что при аргоно-дуговой сварке нет необходимости оставлять зазор между соединяемыми поверхностями, как при газовой сварке. Вследствие этого и из-за меньшей поверхности нагрева при аргоно-дуговой сварке растрескивание проявляется значительно меньше, чем при газовой сварке. Пендлтон изучал изменение механических свойств листов сплава АМ503, полученных методом газовой сварки. Он обратил внимание на небольшое смещение листов. Другим источником изменения свойств является рост зерна в нагретых участках, примыкающих к сварному шву, особенно в месте прихваточных швов, и при повторном возобновлении процесса сварки. По этой причине прочность сварного соединения у сплава АМ503 обычно ниже, чем у других сплавов. Следы кальция (свыше 0,04%) оказывают благоприятное влияние на уменьшение роста зерна, но, как всегда указывается, такая добавка недопустима в случае газовой сварки.
На свариваемость также влияют небольшие добавки алюминия и цинка. При газовой сварке количество этих элементов не должно превышать 0,05 и 0,1% соответственно для того, чтобы избежать растрескивания (предельные содержания алюминия и цинка, допускаемые ДТД118А, равны 0,05 и 0,03% соответственно). Здесь растрескивание, по-видимому, связывают с образованием жидкой пленки, образующейся на последних стадиях затвердевания.
Опасность застревания флюса при газовой сварке сплава АМ503 минимальна из-за отсутствия интервала жидко-твердого состояния при кристаллизации; кроме того, сплав практически не склонен к микропористости.
Однако и то количество флюса, которое застревает, располагается таким образом, что, вероятно, является эффективной защитой от контакта здорового металла с воздухом. Считают, что сварка на большой скорости приводит к застреванию флюса, но в других отношениях она желательна, так как размер зерна сварного соединения становится минимальным, что ведет к повышению прочности при растяжении.
Сплав АМ537, который получают путем добавления около 0,6% мишметалла к сплаву АМ503, является интересным с точки зрения свариваемости. Для этой композиции характерно сильное растрескивание в случае проведения газовой сварки в затрудненных условиях.
Мадер и Лэйвс нашли, что 1% алюминия исключает растрескивание. Это было подтверждено работами Британской ассоциации по исследованиям в области сварки. Наблюдаемый эффект, возможно, связан с образованием соединения между алюминием и редкоземельными металлами, в результате чего разрушается непрерывная сетка из фазы Mg9Ce на границах зерен. Mg—F3M—Aln сплавы со значительно более высоким содержанием редкоземельных металлов (5—6%) используют для работы при высоких температурах. Установлена хорошая свариваемость этих сплавов, что обусловлено мелкозернистой структурой и большим количеством легоплавкой составляющей.
Другие процессы сварки
Другие процессы сварки

Сплавы Mg—Al—Zn—Mn. При аргоно-дуговой сварке ни в одном из сплавов системы Mg—Al—Zn—Mn не было обнаружено растрескивания при испытаниях в зажимных устройствах пробы BWRD; были исследованы двойные Mg—Al сплавы до 8% Al (М8А) и тройные — вплоть до AZM (Mg—6%Al—i%Zn). При газовой сварке у пробы BWRD выявлено «кратерное растрескивание» наряду с локальным растрескиванием в месте соединения в случае сплавов М8А и AZM. В Справочнике сварщика сплавы с 7—10% Al и до l%Zn рассматриваются как сплавы со «средней горячеломкостью», но, если содержание цинка превосходит 1%, его влияние на растрескивание сварного соединения становится вредным. Даже при аргоно-дуговой сварке сплав AZG (Mg—6%Al—3%Zn) вызывает опасения в отношении трещинообразования. Хьюдл и Уатт также изучали свариваемость двойных Mg—Al сплавов при аргоно-дуговом способе, используя полуколичественную пробу Хоулдкрофта, но с небольшими образцами для испытаний. Они нашли, что свариваемость этих сплавов по мере увеличения количества алюминия ухудшается. Испытания листов сплава AZ31 с использованием полуколичественной оценки трещинообразования Хоулдкрофта указывают на плохую его свариваемость (табл. 60), хотя, поданным американских исследователей, свариваемость считают «отличной» (возможно, при условиях использования сплава AZM (Dow JJ) в качестве сварочной проволоки). По мнению американских исследователей, свариваемость сплава, содержащего кальций (до 0,15%), является «превосходной», в прессованном состоянии она характеризуется хорошей. Используя кольцевую пробу Dow, Джордж получил некоторую корреляцию между снижением трещинообразования в Mg—Al—Zn сплавах и неравновесным интервалом плавления, что позволило связать отрицательное влияние кальция в обоих марках сплава AZ31, а также сплава АМ503 с его влиянием на увеличение интервала плавления. Оказывается, однако, что некоторая масса металла кристаллизуется вблизи солидуса и, возможно, смачиваемость влияет на растрескивание так же, как абсолютная величина интервала плавления и усадка сплава. Таким образом, сплав АМ503+0,2%Са с интервалом плавления 20° С и сплав AZ31+0,15%) Ca с интервалом плавления 105° С (50° С без кальция) хуже свариваются, чем сплав ZREl с интервалом плавления около 95° С. Здесь величина усадки сплава АМ503 (1,9%) выше, чем сплава ZREl (1,5%). С другой стороны, сплав ZREl значительно лучше сваривается, чем сплав Z5Z, несмотря на несколько меньший интервал плавления и меньшую величину литейной усадки (1,3%) последнего. Сплав ZREl имеет, однако, избыточное количество жидкости, богатой редкоземельными элементами, на последней стадии кристаллизации.
Газовая сварка сплава AZM сильно ограничена короткими швами, подобными тем, которые имеют место при изготовлении трубчатых конструкций. Здесь требуется искусство, чтобы свести до минимума застревание флюса и удалить весь флюс с поверхностных слоев. Это особенно применимо для Т-образных и угловых соединений. Застреванию флюса способствует ряд факторов: 1) широкий температурный интервал жидко-твердого состояния сплава; 2) склонность к образованию микропористости (рис. 218); 3) недостаточное питание жидкой фазой; 4) расплавление богатой алюминием фазы в основном металле, примыкающем к сварному шву, вызывающее появление ямок, куда попадает флюс. На рис. 219 показано плохое качество Т-образного соединения трубы, полученное методом газовой сварки. Видны сильная пористость и остатки флюса. Только в Т-образном соединении лучшего качества (рис. 220) последующая коррозия при эксплуатации не является опасной.
Другие процессы сварки

Сплавы Mg—Li. Испытания на пробе ряда Mg—Li сплавов показали их хорошую свариваемость.
Сплавы, содержащие цирконий. Хотя в ряде цирконийсодержащих магниевых сплавов получение сварных соединений с удовлетворительной поверхностью и механическими свойствами с помощью газовой сварки не представляло затруднений, этот способ оказался практически неприемлемым. Несмотря на многократные попытки, не удалось добиться равномерного удаления остатков флюса. Поэтому позднее всегда возникала коррозия сварных изделий. Вследствие этого для сплавов, содержащих цирконий, не рекомендуется применять газовую сварку.
Другие процессы сварки

Сплавы Mg—Zn—Zr. Испытания в зажимных приспособлениях, проведенные Боллом и Тэйтом, показали отсутствие трещин в сплаве ZWl (l%Zn), за исключением трещин в кратере. В сплаве ZW3 растрескивание возникает только в кратере, если соединяющиеся поверхности сварены встык без зазора; если же имеется зазор 0,76 мм, то образуются внутренние напряжения, в результате чего происходит сильное растрескивание. Это находится в соответствии с результатами ранних испытаний в зажимных приспособлениях, аналогичных описанным Джорджем, и предусматривающих значительное стягивание. При испытаниях сплава ZW3 с использованием присадочной проволоки из различных сплавов, включая Mg—4%Al, AZM, Mg— 10%А1, Al, Mg—1,5%Si и Mg—2%Cd в дополнение к основному составу Mg—3%Zn—Zr с другими элементами, во всех случаях наблюдалось растрескивание. Испытаниями установлено, что максимально допустимое содержание цинка для обеспечения полной свариваемости составляет около 1,25%Zn.
Другие процессы сварки

Это привело к разработке сплава ZWl. Указанное предельное содержание цинка не зависит в сильной степени от добавок кадмия.
При сварке Mg—Zn—Zr сплавов некоторое количество циркония выделяется в сварном металле (рис. 221) и тем больше, чем большее время металл находится в расплавленном состоянии. Таким образом, в пусковой момент при переплавах и повторной сварке обычно выделения циркония огрубляются. В сплаве ZW1 потеря циркония вызывает некоторое укрупнение зерна и заметную ликвацию цинка вокруг границ зерен. В сплаве ZW3 это ведет к появлению свободной цинковой фазы и, следовательно, к растрескиванию и микропористости (рис. 222). Выделение циркония увеличивается, если применять грязную (не очищенную от жира) присадочную проволоку. Иногда обильные выделения циркония могут вести к локальному растрескиванию. Из табл. 61 следует, что хорошая свариваемость этого сплава связана с высоким содержанием циркония.
Другие процессы сварки

Из-за высокого содержания цинка сплав Z5Z практически почти не сваривается методом плавления, только самые простые ремонтные работы могут быть проведены без растрескивания. Так же в основном ведет себя прессованный сплав ZW6. В целом, однако, количество выделений циркония является небольшим и последующее быстрое охлаждение увеличивает эффект растворенного циркония, поэтому сварные соединения в цирконийсодержащих сплавах обычно имеют мелкозернистую структуру (рис. 223).
Другие процессы сварки

Сплавы, содержащие редкоземельные металлы или торий. Так как добавки редкоземельных металлов или тория уменьшают микропористость и склонность к образованию трещин в отливках из Mg—Zn—Zr сплавов, они улучшают их свариваемость. Это следует из определения длины трещин на приспособлении Хоулдкрофта (см. табл. 61). Жаропрочные сплавы ZRE1 и ZT1 считаются практически полностью свариваемыми, для хорошей же свариваемости высокопрочных сплавов RZ5 и TZ6 желательно присутствие 1,25% РЗМ и 1,75%Th соответственно.
Другие процессы сварки

Как уже говорилось выше, механические свойства этих сплавов снижаются с увеличением содержания редкоземельных элементов и тория, поэтому принятые составы являются в каждом случае компромиссными между высокими механическими свойствами и хорошей свариваемостью. Испытания на пробе Хоулдкрофта дают до некоторой степени количественную оценку влияния изменения содержания редкоземельных металлов и тория на свариваемость сплавов, но значительный разброс в показаниях, возникающий во всех случаях, по-видимому, указывает на то, что размер образцов для этих сплавов не является оптимальным.
Жаропрочные деформируемые магниевые сплавы, принадлежащие к системам Mg—Th—Zr, Mg—Th—Zn—Zr и Mg—Th—Mn, обладают хорошей свариваемостью.