К ЧИТАТЕЛЮ

Существующие в настоящее время способы сварки можно разделить по технологическим признакам на две группы:

  • ? сварка плавлением, когда формирование соединения происходит в результате кристаллизации расплавленного металла в зоне шва без воздействия на свариваемые заготовки каких- либо статических, ударных или вибрационных сжимающих давлений;
  • ? сварка давлением, когда металл непосредственно в зоне соединения может иметь температуру ниже или выше температуры плавления, а соединения образуются при действии на свариваемые заготовки сжимающих давлений — статических, ударных, вибрационных.

Данные способы сварки следует рассматривать как технологические приемы, направленные на решение одной и той же задачи — установление межатомных связей на границах раздела соединяемых элементов. При этом физика процесса образования соединения и элементарные акты (образование физического контакта, активация поверхностей, образование химических связей, объемное взаимодействие), протекающие в зоне соединения, являются общими для всех способов сварки. Различия состоят в видах используемой энергии, способах ее подвода к свариваемым материалам, а также кинетике развития элементарных актов и процесса образования соединения в целом.

Основной объем сварочных работ в настоящее время выполняется сваркой плавлением в связи с ее универсальностью, мобильностью, возможностью обеспечивать требуемое качество соединения. В то же время для изготовления ряда конструкций более эффективна сварка давлением. С развитием техники и разработкой новых материалов и конструкций роль процессов сварки давлением будет возрастать.

Настоящее учебное пособие по курсу «Технологические основы современных способов сварки» предназначено для подготовки магистров по направлению «Технология сварочного производства» и особенно полезно для студентов, которые не оканчивали бакалавриат по направлению «Оборудование и технология сварочного производства».

МАТЕРИАЛЫ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

К числу основных конструкционных материалов в самолетостроении относятся сплавы на основе алюминия. Даже в сверхзвуковых самолетах, у которых из-за разогрева в результате трения о воздух определенные элементы фюзеляжа и несущих плоскостей приходится выполнять из титановых сплавов или сталей, большую часть конструкции изготовляют из алюминиевых сплавов: на их долю в самолетах приходится 60-70% общей массы изделия.

Алюминий вследствие высокой химической активности встречается в природе в виде химических соединений с другими элементами. Металлический алюминий получают электролизом глинозема, растворенного в расплавленном криолите (NasAlFg). Основным сырьем для получения глинозема служат бокситы.

Алюминий чистотой 99,75% при температуре 20 °С имеет плотность 2,7 г/см3, теплопроводность — 0,503 кал/(см- с°С), удельное электрическое сопротивление — 2,8-10—6 Ом-см. Температура плавления технического алюминия 658 °С, температура кипения 2270-2500 °С.

Алюминий обладает большим сродством к кислороду и восстанавливает большинство металлов из их оксидов. На воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой, которая защищает его от дальнейшего взаимодействия с окружающей атмосферой и обеспечивает высокую стойкость против коррозии во влажной атмосфере, в концентрированной азотной кислоте и во многих органических кислотах. Алюминий растворяется в щелочах, в разведенной азотной и серной кислотах при нагреве. Тугоплавкая оксидная пленка (температура плавления 2050 °С) затрудняет процесс сварки алюминия.

Алюминий не претерпевает полиморфных превращений. Во всем температурном интервале вплоть до точки плавления он имеет кристаллическую решетку гранецентрированного куба.

Чистый алюминий ввиду своей низкой прочности почти не применяется как конструкционный металл. Холодная пластическая деформация заметно повышает прочность металла, но снижает его пластичность. Например, нагартовка листов технического алюминия повышает его предел прочности от 80 до 147-176 МПа. При этом относительное удлинение снижается до 1-2%. Упрочнение, достигнутое в результате нагартовки, сохраняется при нагреве до температур ниже температуры рекристаллизации (для алюминия А995 примерно 400 °С). Поэтому при проектировании сварных конструкций следует ориентироваться на ненагартованный металл.

Из-за относительно малого атомного радиуса алюминий образует с другими элементами ограниченные твердые растворы (цинк, магний, литий) и интерметаллиды (марганец, медь, железо и др.). Поэтому даже незначительные количества неизбежных примесей в алюминии — железа и кремния — существенно влияют на структуру и свойства металла. Так, если предел прочности алюминия марки А999 составляет 39,7 МПа, то у алюминия марки А7 (Fe < 0,16%; Si < 0,16%) он достигает 68-78 МПа.

Характеристики некоторых алюминиевых сплавов

Таблица 1.1

Марка

сплава

Среднее содержание легирующих элементов, % по массе

Свариваемость при сварке

°в

основного металла, МПа

дуговой

контактной

АД1

99,3 AI

А

А

80

АМц

AI 1,ЗМп

А

А

120

AMrl

AI l,lMg

Б

А

120

АМг2

AI 2,2Mg 0,4Mn

Б

А

190

АМгЗ

A 1 3,5Mg 0,6Mn 0,6 Si

А

А

220

АМг4

AI 4,3Mg 0,6Mn

А

А

280

АМг5

AI 5,3Mg 0,6Mn

А

А

300

AM гб

AI 6,3Mg 0,6Mn

А

А

340

Д20

AI 6,5Cu 0,6Mn

Б

Б

400

1201

AI 6,3Cu 0,3Mn

А

Б

430

ВАД1

AI 4,lCu 2,5Mg 0,6Mn

Б

А

430

Д1

AI 4,lCu 0,6Mg 0,6Mn

д

А

370

Д16

AI 4,3Cu l,0Mg 0,6Mn

д

А

465

Д19

AI 4,0Cu 2,0Mg 0,75Mn

д

А

430

АД 31

AI 0,6Mg 0,5Si

Б

Б

240

АД 33

AI l,lMg l,0Si 0,25Cu

Б

Б

310

АД 35

AI l,lMg l,0Si 0,7Mn

Б

Б

320

АВ

AI 0,7Mg 0,85Si

А

А

320

В92

0,25Mn

Б

Б

420

1915

AI 3,2Zn 4,4Mg 0,8Mn

Б

Б

380

В95

AI 3,7Zn l,lMg 0,4Mn

д

А

520

В96ц

AI 6,0Zn 4,3Mg l,7Cu

д

А

600

АК6

AI 6,8Zn 2,7Mg

д

420

АК8

2,0Cu0,2Cr

д

460

АК4

AI 0,6Mg 0,9Si

д

400

АК4-1

2,2CuO,6Mn

д

-

400

Примечание. Оценки свариваемости: А — хорошая, Б — удовлетворительная, Д — плохая (сварка не рекомендуется).

Основное значение как конструкционный металл имеют полуфабрикаты из алюминиевых сплавов — листы, профили, трубы и проч. Легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются марганец, медь, литий, цинк, магний, кремний, железо, никель и др., в качестве модифицирующих добавок используют титан, цирконий, бор.

В табл. 1.1 приведены характеристики свариваемости некоторых алюминиевых сплавов.

Деформируемые сплавы имеют концентрацию легирующих элементов меньше предела растворимости и при нагреве могут быть переведены в однофазное состояние, при котором обеспечивается их высокая деформационная способность. Концентрация легирующих элементов в литейных сплавах превышает их предельную растворимость в алюминии, поэтому данные сплавы имеют эвтектику, наличие которой обеспечивает хорошие литейные свойства сплавов (жидкоте- кучесть), но ухудшает их способность к деформации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >