мещения составляет 5-10 кН и зависит от свойств материала, его толщины и скорости сварки. Глубина погружения инструмента в стык 0,8 - 0,9 толщины свариваемых деталей; частота вращения инструмента 1000 - 3000 об/мин, скорость сварки 4 - 40 м/ч в зависимости от толщины и состава свариваемого металла. Сварка жестко зафиксированных деталей выполняется с использованием опорной подкладки с продольной канавкой под стыком шириной 4 мм и глубиной 0,5 мм, с низкой теплопроводностью для снижения стока теплоты. Обычно это нержавеющая сталь типа 18-8, на поверхность которой как барьерное покрытие нанесен слой нитрида циркония.
При этой разновидности сварки возможны следующие дефекты: несплавление, перегрев металла и грат на лицевой поверхности, несплавление в корне шва, внутренние несплавления и т.п. Поэтому при сборке деталей под сварку необходима высокая точность: смещение оси стыка относительно инструмента не больше 0,5 мм; зазор между кромками не более 0,3 мм; повышение кромок, или депланация, со стороны набегания инструмента не больше 25 %, а со стороны его отхода - 5 % толщины свариваемого металла. Впереди инструмента полезно устанавливать прижимный ролик, который препятствует короблению деталей.
Введение рабочего инструмента в стык можно осуществлять на технологических припусках, а после его вывода из стыка необходимо забивание финишного отверстия в конце шва.
Сварка качественных тонколистовых конструкций толщиной 1,8 - 2,5 мм из сплавов АМц, АД31, АМг2, а также сплавов разного легирования, например 1201 + АМг6, выполняется на параметрах режима: n = 1420-2880 об/мин; Vсв = 6-40 м/ч; при сварке сложнолегированных сплавов n = 1420 об/мин;
Ксв = 6-14 м/ч.
Те же сплавы, но больших толщин 4 - 7 мм свариваются на параметрах n = 800-1000 об/мин; Vсв= 15-19м/ч. Такие со-
246
единения имеют прочностные характеристики на уровне 0,75 - 0,95 показателей для основного металла.
Способ позволяет выполнять не только прямолинейные швы, но и кольцевые на обечайках из сплава АМг6 на параметрах режима, которые снижают его разупрочнение: n = 800 об/мин; диаметр бурта инструмента 12 мм; Vсв = 14 м/ч. I Эта разновидность сварки алюминиевых сплавов весьма перспективна благодаря многим преимуществам по сравнению с другими способами, рассмотренными выше: не нужно придавать специальную форму кромкам и зачищать их поверхности от пленки А12О3, не нужны присадочный металл и защитный газ, возможно получение беспористых швов, сварку можно вести во всех пространственных положениях, отсутствуют дым, шум и ультрафиолетовые излучения, низкий уровень деформаций, шов формируется в твердой фазе, возможно получение крупных панелей, не нужны сварщики высокой квалификации и т.п.
Деформационное упрочнение швов при сварке трением с перемешиванием сложнолегированных алюминиевых сплавов АМг6М, 1420, 1201 и 1460 обеспечивает их более высокую прочность благодаря формированию в центральной части шва ядра с ультрадисперсной структурой, а в зоне термомеханического влияния - выгнутых, вытянутых и равноосных зерен, ориентированных в направлении движения инструмента. В результате измельчения зерен, увеличения объемной части их границ и измельчения интерметаллидных фаз их разупрочнение меньше, чем при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом.
Способ позволяет значительно экономить металл при изготовлении ребристых панелей. Если при традиционной технологии требуется фрезерование отлитой плиты, при которой коэффициент использования материала составляет 0,07-0,2, то при сварке сплава В95Т2 этот показатель можно повысить до
0,89-0,92.
247
3.2. Сварка магниевых сплавов
Основной способ сварки – дуговая сварка в среде инертных газов. Сварка по слою флюса, как и сварка электродами с покрытием (в состав которого входят фторидные и хлоридные соли щелочных и щелочноземельных металлов), в настоящее время в промышленности практически не используются, т.к. остатки шлаков на поверхности швов вызывают коррозию сварной конструкции. Для сварки заготовок больших толщин из сплава МА2-1 разработан процесс электрошлаковой сварки. Имеется также положительный опыт электронно-лучевой и контактной сварки магниевых сплавов.
Магниевые сплавы обладают рядом специфических свойств, вызывающих затруднения при сварке. Это, прежде всего, высокая химическая активность и сильное сродство магния к кислороду. Среди промышленных металлов магний стоит на одном из первых мест по степени сродства к кислороду, мало отличаясь от кальция, бериллия и лития.
При нагреве до сварочных температур происходит активное окисление магния с образованием оксидной пленки. Соединение магния с кислородом нерастворимо в расплавленном металле и имеет температуру плавления значительно выше (2800°С), чем металл (650°С). Значительная разница в температурах плавления оксида магния и магния приводит к тому, что покрывающая поверхность ванны расплавленного металла пленка оксида магния препятствует сплавлению кромок основного металла, а также сплавлению его с присадочным. Плотность оксида магния (3,2 г/см3) значительно выше плотности металлического магния в расплаве (1,64 г/см3). Поэтому при сварке имеется опасность попадания пленки оксида магния в металл жидкой ванны, что нарушает сплошность металла шва.
Для нормального проведения процесса сварки необходимо удалять оксидную пленку со свариваемых поверхностей до начала сварки. Защита поверхности сварочной ванны от окисления является обязательным условием нормального протека-
248
ния процесса сварки. Это достигается защитой ванны с помощью расплава флюса или созданием в зоне сварки защитной атмосферы инертного газа (аргона, гелия).
Магниевые сплавы склонны к образованию кристаллизационных трещин в связи с возможностью появления по грани-
цам зёрен легкоплавких эвтектик: MgCu (Тпл = 485°С); MgNi
(Тпл = 508°С). Для повышения стойкости магниевых сплавов против образования кристаллизационных трещин их модифицируют редкоземельными элементами (например, лантаном в количестве 0,5-1%), а при сварке применяют присадочные материалы, наименее склонные к образованию горячих трещин.
Сплавы магния, особенно содержащие марганец, склонны к росту зерна металла в зоне термического влияния, поэтому не допускается их значительный перегрев (например, при скоплении в одном месте сварных швов, при многослойной сварке требуются перерывы для охлаждения металла).
В связи с большим коэффициентом линейного расширения сплавов магния при сварке возникают значительные напряжения, способные вызвать большие коробления изделий. Для их уменьшения и предотвращения возможности образования трещин рекомендуется производить сварку с подогревом, а
сваренные изделия подвергать отжигу при 250°С в течение 0,5-
1 ч.
Для предупреждения провисания сварочной ванны под действием собственного веса под свариваемый стык, как и при сварке алюминиевых сплавов, помещают специальную подкладку, изготавливаемую обычно из меди или нержавеющей стали.
Низкие значения теплоты плавления и удельной теплоёмкости магниевых сплавов обуславливают чрезвычайно большую концентрацию нагрева при сварке. Эта особенность наряду с низкой температурой плавления магния способствует локальным перегревам и пережогам металла.
Температура плавления магния несколько ниже, чем
249
алюминия (соответственно 650 и 658°С). Теплоемкость и теплопроводность магния также меньше. В силу этого для расплавления единицы объема магния требуется приблизительно на 1/3 теплоты меньше, чем для расплавления алюминия. Поэтому сварочные токи при сварке магния ниже, чем при сварке алюминия.
В связи с тем, что оксидная плёнка на поверхности магниевых сплавов является рыхлой и не защищает детали от дальнейшего окисления, магниевые полуфабрикаты, как правило, покрывают защитной плёнкой из солей хромовой кислоты. Перед сваркой с кромок и прилегающей поверхности на ширину 30 мм травлением или механическим путём тщательно удаляют эту защитную плёнку и другие загрязнения. После сварки на поверхность сварного соединения вновь наносят защитную плёнку.
Сварка в инертных газах. Для магниевых сплавов наиболее широко применяют ручную и механизированную сварку вольфрамовым электродом в среде аргона первого сорта. Значительно реже используют автоматическую сварку плавящимся электродом.
Сварка вольфрамовым электродом выполняется на пере-
менном токе, может быть использована для любых видов соединения, но нахлёсточные, угловые и тавровые соединения менее технологичны, чем стыковые. При сборке необходима тщательная подгонка кромок. Кромки под сварку зачищают механическим путём (щёткой, шабером) или химическим травлением.
В конструкциях из магниевых сплавов применяют все основные типы сварных соединений, принятые для сварки алюминиевых сплавов. Исключение составляет сварка с отбортовкой кромок: в связи с низкой пластичностью магниевых сплавов отбортовку кромок даже для металла малых толщин выполнить не удаётся.
Металл толщиной до 3 мм сваривают без разделки кро-
250