Связь процессов при кристаллизации и термической обработке со свариваемостью, страница 2

Действие водорода на качество сварных соединений заключается, прежде всего, в облегчении зарождения трещин. В работе [197] было показано, что при увеличении содержания водорода появляется тенденция к уменьшению прочности, угла загиба и повышению коэффициента трещинообразования, чувствительности к заранее нанесенной усталостной трещине на сварных швах, т.е. понижается надежность и долговечность работы изделий в целом.

Механизм влияния водорода на эти процессы сложен и полностью не изучен [43]. Полагают, что за счет внутренних напряжений создается направленный поток водорода в растянутые места решетки, в результате чего происходит ослабление сил сцепления атомов и зарождение трещины. Кроме того, водород может диффундировать к поверхности раздела фаз и в микропустоты, где рекомбинирует в молекулы, создавая давление в несплошностях до нескольких тысяч атмосфер. В этом случае водород облегчает не только зарождение, но и распространение трещины.

Рассмотренные закономерности формирования сварных швов и возникновение в связи с этим основных дефектов сварки во многом, как уже отмечалось выше, зависят от условий сварки, природы свариваемых материалов определяющей их склонность к образованию кристаллизационных трещин, взаимодействию с газами и образованию пористости.

Алюминий обладает хорошей свариваемостью, нечувствительностью к образованию горячих трещин, однако очень склонен к образованию пор.

Алюминиево-магниевые сплавы, содержащие 4-5% магния, обладают повышенной склонностью к пористости при сварке. Наличие несплошностей нескольких видов (правильной сферической формы, угловатой, неправильной формы с оплавленной гладкой поверхностью, имеющих вид разветвленных каналов, рыхлот) свидетельствуют о том, что в  отличие от алюминия зарождение их и развитие при сварке сплава АМг6 происходят на различных стадиях расплавления и кристаллизации металла шва.

Добавки магния к алюминию увеличивают растворимость водорода в сплаве, что ухудшает свариваемость. Двойной сплав Аl - Mg, тройной сплав Al - Mg - Zn Иствуд относит к числу наиболее чувствительных к пористости среди алюминиевых сплавов. Среди промышленных сплавов на основе системы Al - Mg повышенной склонностью к образованию трещин обладает сплав AMг, содержащий 2 - 3,2% Mg [191].

Механические свойства сварных соединений сплава АМг6 определяются прежде всего химическим составом и плотностью шва. При различном тепловом воздействии в процессе сварки наблюдается значительная ликвация легирующих компонентов. Так, при электрошлаковой сварке сплава АМг6 содержание магния у границ зерна достигало 8-9% против 6% в центре, а концентрация кремния увеличивалась в 2-3 раза. Ликвация железа незначительна.

Использование электродов, модифицированных цирконием и с ограниченным количеством примесей железа и кремния (АМг6вч и АМг6Цвч) способствует образованию однородной и мелкозернистой структуры шва. Анализ микроструктуры показывает, что в этом случае также измельчаются основные интерметаллические фазы, а их скопления по границам зерна менее грубые. Свариваемость полуфабрикатов из сплава АМг6 существенно понижается из-за высокой чувствительности к образованию пор в околошовных зонах сварных соединений.

В полуфабрикатах из сплавов системы Аl - Mg концентрация водорода, как правило, выше, чем в других сплавах. Кроме того, как в исходном состоянии, так и под влиянием начального этапа нагрева при сварке, по границам зерен наблюдается выделение β-фазы. Здесь же располагаются и микрорасслоения. Наличие хрупкой и легкоплавкой β-фазы ослабляет межзеренную прочность сплава. Существует также мнение [198], что одной из причин возникновения пористости являются специфические свойства β-фазы, склонной к окислению в присутствии паров воды. Окисление сопровождается выделением водорода и образованием пор.

Сплавы системы Аl - Mg не проявляют столь высокой чувствительности к пористости при сварке. Сравнение же склонности металла шва к образованию трещин различных алюминиевых сплавов показало, что наибольшей склонностью к образованию сварочных трещин отличаются сплавы 2014 (Аl - Сu) и 6061 (Al - Mg - Zn).