книги / Сварка магниевых сплавов
..pdfнапряжения следует снимать путем отжига узла непосредствен но после сварки при температуре 250°С ± 20°.
Для сплавов системы магний — алюминий и магний — алю миний — цинк, склонных к растрескиванию от коррозии под напряжением, применение термообработки крайне необходимо. Режимы отжига сварных соединений из некоторых магниевых сплавов, применяемых в США, приведены в табл. 51 [15, 19, 26].
Сплав
Таблица 51
Режимы отжига сварных узлов для снятия напряжений
|
|
|
Цель отжига |
|
|
|
Цель отжига |
||
Температурав °С |
вВремямин |
i |
коррозиондення растрескиваного ния |
снятиядляобще уровнягонапря жений |
|
Температурав °С |
вВремямин |
предупреждля коррозиондения растрескиваного ния |
снятиядляобще уровнягонапря жений |
предупреждля - |
Сплав |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AZ31B-0 |
260 |
15 |
|
+ | |
|
ИК31А-Н24 | |
300 |
|
30 |
|
|
|
AZ31B-H24 |
150 |
| 60 |
|
+ |
|
НМ21А |
260 |
|
30 |
|
! |
+ |
М1А |
260 |
15 |
|
|
+ |
НМ21А-Т8 |
370 |
|
30 |
|
|
-Ь |
AZ6IA |
260 |
15 |
|
+ |
|
НМ31А-Т5 |
260 |
|
30 |
|
i |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
AZ80A-T5 |
200 |
60 |
. |
+ |
|
К60А |
260 |
j |
15 |
, |
1 |
|
|
^ |
1 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
AZ80A |
260 |
15 |
j |
+ |
|
К60А-Т5 |
150 |
|
60 |
+ |
|
|
НК31А |
260 |
15 |
|
|
+ |
Е10А |
150 |
|
60 |
|
|
1 |
|
|
260 |
|
30 |
- |
|
|
•Магниевые сплавы, содержащие торий (сплавы НМ21А, НМ31А), обладая хорошей свариваемостью, не требуют снятия напряжений после сварки, тогда как для сплавов AZ31B, AZ61A и AZ80A это необходимо с целью устранения коррозион ного растрескивания.
ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ ШВОВ
При аргоно-дуговой сварке магниевых сплавов в швах и околошовных зонах возможно появление дефектов, возникающих в связи с особенностями металлургических и тепловых процессов при нарушении режима сварки, неправильной подготовке под сварку, неисправности сварочной аппаратуры и т. п. Дефекты ослабляют сечение металла шва, создают концентрацию напря жений и тем самым уменьшают работоспособность и надеж ность сварных соединений.
Ш
Таблица 52
|
Основные дефекты сварных швов и причины их образования |
|
|||||
|
Дефект |
|
Возможные причины образования дефекта |
|
|||
Непровар, |
прожог, под |
1. |
Неправильные режим и техника сварки. |
из |
|||
рез |
и наплыв |
2. |
Неудовлетворительная |
подготовка и сборка |
|||
|
|
|
3. |
делий под сварку. |
|
подача |
при |
|
|
|
Недостаточная или неравномерная |
||||
|
|
|
|
садочной проволоки, |
неправильное |
положение |
|
|
|
|
|
присадочной проволоки. |
|
|
|
|
|
|
4. Плохое прижатие свариваемых кромок. |
|
|||
|
|
|
5. |
Неустойчивое горение дуги |
|
|
|
Поры |
и |
раковины (рас |
1. |
Недостаточно тщательная зачистка кромок или |
|||
сеянная |
пористость, |
|
присадочной проволоки |
перед сваркой, наличие |
|||
пепочка |
пор по линии |
2. |
грязи на кромках или подкладке. |
|
|
|
|||
стыка, |
группа пор) |
Недостаточный расход аргона. |
|
|
|
||||
|
|
3. |
Недостаточная |
чистота аргона. |
|
|
|
||
|
|
4. Попадание влаги в газовую магистраль. |
|
||||||
|
|
5. Подсос воздуха в зону защиты |
|
|
|
||||
Вольфрамовые включения |
1. |
Короткие замыкания электрода с изделием. |
|
||||||
|
|
2. |
Оплавление вольфрамового электрода |
при повы |
|||||
|
|
|
шенной плотности тока |
|
|
|
|
||
Окисные плены |
1. |
Плохая очистка свариваемых кромок |
или |
при |
|||||
|
|
|
садочной |
проволоки. |
|
|
|
|
|
|
|
2. Чрезмерный зазор в стыке |
|
|
ка |
||||
|
|
3. |
Недостаточная |
глубина формообразующей |
|||||
|
|
4. |
навки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Неправильное ведение процесса сварки |
|
||||||
Трещины в сварном шве |
1. |
Повышенная склонность основного |
и |
присадоч |
|||||
и переходной зоне |
|
ного металлов к образованию трещин |
при свар |
||||||
|
|
|
ке. |
металла. |
|
|
|
|
|
|
|
2. Перегрев |
|
|
|
|
|||
|
|
3. |
Неправильный режим и техника сварки. |
|
|||||
|
|
4. Нетехнологичиость конструкции или неправиль |
|||||||
|
|
|
ное расположение сварных швов, вызывающие |
||||||
|
|
5. |
высокую концентрацию напряжений. |
замкнутых |
|||||
|
|
Большие |
внутренние |
напряжения |
|||||
|
|
6. |
швов. |
|
|
подготовка |
и |
сборка из |
|
|
|
Неудовлетворительная |
|||||||
|
|
|
делия |
|
|
|
|
|
|
Кратер |
|
1. |
Резкий обрыв дуги в месте перерыва сварки |
||||||
Неравномерности шва—на |
1. |
Неправильная |
работа |
оборудования — сварочной |
|||||
плывы, впадины и т. п. |
2. |
головки и кантователя. |
|
|
|
||||
|
|
Неравномерное движение горелки и присадочной |
|||||||
|
|
|
проволоки |
|
|
|
|
|
|
112
|
|
|
|
П р о д о л ж е н и е табл . 52 |
Дефект |
|
|
Возможные причины образования дефекта |
|
Смещение кромок |
|
1. |
Выпучивание одной кромки в процессе сварки |
|
|
|
|
|
из-за разной тепловой деформации свариваемых |
|
|
|
|
кромок. |
|
|
|
2. Неправильная сборка и режим сварки |
|
Проплав с |
резким пере |
1. |
Подъем кромок. |
|
ходом к |
основному ме |
2. |
Неприлегание кромок — неправильная сборка. |
|
таллу |
|
|
3. |
Завышенный сварочный ток |
Подъем кромок с резким |
1. |
Неправильный режим и техника сварки. |
||
переходом от |
пропла |
2. Сильное сжатие обечаек по торцам и отсутствие |
||
ва к основному |
метал |
|
зазора при сварке кольцевых швов |
|
лу
К дефектам сварного шва можно отнести следующие (табл. 52): непровар — отсутствие расплавления кромок по се чению; несплавление кромок — отсутствие сплавления кромок при наличии полного провара; поры — поверхностные или замк нутые газовые включения; окисные и вольфрамовые включения; трещины ,в шве и околошовной зоне; подрезы — наличие вдоль шва на основном металле углубления; прожог — сквозное про плавление с образованием отверстия в шве; чрезмерный про плав — сквозное проплавление свариваемых кромок, превы шающее по высоте чертежные размеры; проплав с резким пере ходом к основному металлу; наплыв — натек наплавленного металла на поверхность основного металла без сплавления меж ду ними; заниженные по сечению шва размеры — размеры шва менее размеров, указанных в чертеже; кратер — углубления на сварном шве при обрыве дуги.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Качество сварной конструкции из любого металла во многом зависит от организации пооперационного контроля на всех звеньях технологического процесса. Контроль начинается с про верки качества исходных материалов, поступающих для изго товления конструкций. Сертификатные данные основного метал ла, сварочной проволоки и защитного газа должны соответство вать действующим техническим условиям.
Следующая стадия — это контроль присадочного металла, проверка правильности разделки кромок, их соответствия чер тежным размерам, а также правильности подготовки рабочих мест и исправности сварочного оборудования и вспомогатель ных приспособлений. На этом этапе важно следить за чистотой
ИЗ
кромок и присадочного металла (зачистка, травление, промывка и просушка). К работам должны допускаться сварщики, выдер жавшие соответствующие испытания и имеющие удостоверения для допуска к сварке согласно существующим положениям. Ре жимы сварки, количество слоев и порядок наложения их, ука занные в технологическом процессе, должны быть проверены на технологических образцах. В процессе сварочных работ следует обязательно контролировать правильность установленных режи мов сварки.
Такой систематический текущий контроль обеспечивает полу чение сварной конструкции требуемого качества. В зависимости от ответственности конструкции и технических требований, предъявляемых к ней, контроль может быть выборочный или каждого узла.
Качество сварных соединений можно контролировать сле дующими методами: внешним осмотром; рентгенографировани ем; определением механических свойств сварных образцов; пнев мо- и гидроиспытаниями; проверкой геометрических размеров шва; приложением к узлу нагрузок: статических, динамических, переменных, вибрационных; испытанием узла или изделия в рабочих условиях или в условиях, имитирующих их; металло графическим анализом; химическим анализом.
Внешнему осмотру должны подвергаться все швы, независи мо от требований технических условий, в течение всего процес са изготовления сварной конструкции. Наружным осмотром вы является наличие на поверхности таких дефектов, как газовые раковины и включения, поры и поверхностные трещины, подре зы основного металла и непровары с обратной стороны шва: за вышение и занижение геометрических размеров сварных швов, деформация отдельных элементов конструкции и т. д.
Рентгеноконтроль позволяет установить наличие в швах вну тренних дефектов: пористости, трещин, непроваров и включений в пределах чувствительности метода. Просвечиваются преиму щественно стыковые швы в объеме, установленном технически ми требованиями к конструкции.
Металлографический анализ позволяет установить в рас сматриваемом сечении структуру основного и наплавленного ме талла, наличие микротрещин в швах и околошовных зонах, не провары, их глубину и смещение кромок. Этот метод может применяться для контроля за соблюдением технологического процесса путем разрезки образцов-имитаторов изделий или уз лов на шлифы.
Во многих случаях необходимо знать химический состав ме талла шва. Для этого служат разнообразные методы химическо го и спектрального анализа.
Основным методом контроля качества сварных изделий или узлов служат прямые методы испытаний (гидравлические, пнев матические, в условиях работы и др.).
114
Для определения прочностных характеристик сварных соеди нений в изделиях и контроля за соблюдением технологического процесса сварки и термообработки производят механические испытания образцов, вырезанных из образцов-свидетелей, сва ренных на тех же режимах, что и изделие, сварочными материа лами той же партии.
Плотность соединения в зависимости от технических требова
ний можно контролировать |
различными способами |
(керосином |
с мелом, сжатым воздухом |
с мыльной водой) или с помощью |
|
гелиевых течеискателей. |
высокой склонностью |
магниевых |
В связи с относительно |
||
сплавов к коррозии после гидравлических испытаний следует обращать особое внимание на полное удаление влаги из конт ролируемого узла. Для гарантии сварные узлы можно просу шить при температуре 60—80°С.
Как показали исследования, проведенные с участием авто ров, при гидравлических испытаниях в обычную водопроводную или дистиллированную воду следует добавлять ингибитор — фтористый кальций (30 г на 1 л дистиллированной воды), кото рый обеспечивает отсутствие коррозии в узлах из магниевых сплавов после гидроиспытаний.
ИСПРАВЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ
Дефекты сварных соединений в большинстве случаев могут быть исправлены в соответствии со специальной технической до кументацией.
Дефекты в швах (поры, непровары, включения и трещины) исправляют путем разделки дефектных мест с последующей за варкой. Нельзя допускать исправления внутренних дефектов в шве, таких как окисные пленки и включения, путем подварки без предварительной разделки шва и удаления этих дефектов механическим путем. При разделке дефектного места обычно используют острое зубило, шарошку, сверло, шабер и др. За варку, как правило, производят ручной аргоно-дуговой сваркой неплавящимся электродом с присадочным металлом. При устра нении трещины способ разделки должен предотвращать ее рас пространение. Ширина и длина разделки дефекта под сварку определяются характером дефекта.
В отдельных случаях поверхностные поры, несплавления и трещины в шве, не выходящие за пределы высоты усиления или проплава, можно удалять механической зачисткой без после дующей подварки. Качество зачистки и удаления дефекта мож но контролировать местным травлением с последующей нейтра лизацией или другими способами, обеспечивающими выявление дефектов.
Г л а в а IV
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ АРГОНО-ДУГОВОЙ СВАРКЕ
Использование электрической дуги в процессе аргоио-дуго- вой сварки связано с вредным воздействием на зрение человека видимых световых и невидимых ультрафиолетовых и инфра красных лучей. Облучение ультрафиолетовыми лучами вызывает также ожоги открытых частей тела. Поэтому сравнительно не большие изделия следует сваривать в специальных кабинах или за специальными оградительными ширмами. Площадь, занимае мая сварочным постом, должна быть не менее 4 л/2, ширима про ходов между постами — не менее 1 м2.
Для стен кабины можно использовать тонкое железо, фане ру и брезент, пропитанные огнестойким составом. Для устраненения попадания лучей дуги в остальную часть помещения двер ной проем обычно закрывают брезентовым занавесом. Чтобы улучшить поглощение света стенками кабины, их окрашивают в матовые тона. Для этого рекомендуется применять красители, хорошо поглощающие ультрафиолетовые лучи. Окраска кабин в темные тона не рекомендуется вследствие ухудшения общей ос вещенности во время перерывов горения дуги.
Освещенность рабочего места сварщика должна быть не ме нее 80—100 лк. Необходимость хорошего освещения рабочего места сварщика диктуется резкими изменениями освещенности рабочего места электрической дугой, связанными с частым при способлением глаз сварщика к различной интенсивности осве щения. Полы в кабинах должны быть покрыты огнестойкими материалами.
При сварке крупногабаритных изделий вне специальных ка бин для защиты окружающих от лучей электрической дуги ра бочее место сварщика следует ограждать специальными ширма ми или щитами.
Для защиты лица сварщика от вредного излучения свароч ной дуги служат специальные защитные шлемы и щитки. Типы щитков и шлемов аналогичны используемым при обычной ду говой сварке. Светофильтры щитков или шлемов выбирают в зависимости от силы тока дуги, которая определяет интенсив ность излучения.
116
При дуговой сварке в защитных газах магниевых сплавов выделяются сами защитные газы, пары свариваемых металлов и их окислы в виде дыма и пыли. Влияние условий сварки в среде защитных газов на здоровье свар щиков было исследовано в ряде работ.
При этом 1было установлено, что кон центрации озона и окиси азота не превы шают допустимых норм. В отличие от газов, применяемых при газовой и атом но-водородной 'сварке, аргон и гелий не вступают в химические реакции и без вредны для здоровья человека. В то же
время, по имеющимся данным, при сварке плавящимся электро дом легких сплавов количество окислов азота в зоне дыхания сварщика может превысить допустимое в 5—8 раз, а дыма — в 40 раз, и поэтому необходимы эффективные меры защиты от вредных газов. Для этого в местах проведения сварочных работ должна быть устроена вентиляция, обеспечивающая отвод вред ных газов. Наиболее целесообразно применять приточно-вытяж ную вентиляцию. Воздух должен подаваться через общецеховую вентиляционную установку, а вытяжку загрязненного воздуха целесообразно осуществлять как через общецеховые устройства, так и через местные устройства, установленные непосредственно на рабочем месте.
При образовании при сварке газов и паров ядовитых веществ вентиляция должна обеспечить максимальное их удаление, с тем чтобы их концентрация в зоне дыхания сварщика и в рабочем по мещении не превосходила допустимую. Ниже приведены некото рые данные о санитарных нормах предельно допустимой концент рации (в мг!л) вредных газов, паров и пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений.
Марганец и его соединения (впересчете на МпО>) |
|
0,0003 |
Окислы азота (в пересчете наN s O j) ............................. |
|
0,005 |
Окись ц и н к а ...................................................................... |
|
0,005 |
Окись алюминия.................................................................. |
|
0,002 |
Никель, окись никеля.................................................. |
. |
0,0005 |
Неядовитая п ы л ь .............................................................. |
|
10000 |
При работе внутри резервуаров целесообразно устанавли вать переносную вентиляцию и устраивать перерывы для выхо да на отдых.
При выполнении аргоно-дуговой сварки необходимо строго соблюдать правила техники безопасности во избежание пораже ния сварщика электрическим током.
117
При эксплуатации сварочного оборудования необходимо ру ководствоваться общими правилами безопасности при работе на электротехнических установках.
Корпусы сварочных источников питания должны быть тща тельно заземлены. Необходимо также заземлять свариваемое изделие. Находящиеся под напряжением части сварочной горел ки должны быть надежно защищены от возможности случайно го к ним прикосновения. Рукоятка горелки должна быть изго товлена из изолирующего огнестойкого материала. В процессе нормальной эксплуатации необходимо производить системати ческий уход и наблюдение за работой оборудования.
При выполнении аргоно-дуговой сварки сплавов магния не обходимо строго соблюдать, меры пожарной безопасности. Осо бенностью магния и его сплавов, содержащих 85—98% Mg, является высокая химическая активность и особенно большое сродство к кислороду. Скорость окисления зависит от темпера туры нагрева и величины частиц нагреваемого металла. Изде лия из магниевых сплавов при комнатной температуре не вос пламеняются.
С повышением температуры нагрева на воздухе скорость окисления увеличивается, но опасность загорания изделий или слитков из магниевых сплавов наступает при достижении ими следующих температур: МЛ5 и МА5 — 430°С; ВМ65-1 и МА2-1 — 450°С; МАП — 500°С; MAI, МА8 — 530°С. Изделия из магниевых сплавов можно нагревать до температур не выше 375°С. Нагрев изделий выше этой температуры без применения специальных мер против окисления запрещен.
Магний и его сплавы горят ослепительно белым светом с об разованием клубов белого дыма. Развиваемая при горении тем пература достигает 2850°С. Горение пыли магния и его сплавов носит характер взрыва. Увлажненная магниевая стружка и пыль воспламеняются при более низкой температуре, чем сухие (360—370°С). Наименьшая взрывоопасная концентрация маг ниевой пыли в воздухе 20—25 мг1л.
Для защиты магниевых сплавов от окисления при сварке примененяются инертные газы — аргон, гелий. В этом случае исключается всякая возможность воспламенения изделия, защи щенного от кислорода воздуха. ' •
При аргоно-дуговой сварке магниевых сплавов необходимо более тщательно следить за состоянием газопровода, не Допус кать перерыва в подводе газа в процессе сварки, не допускать задержку подвода газа в начале сварки и не выключать его раньше окончания процесса. На рабочем месте не допускается наличие мелких отходов магниевых сплавов в виде пыли и стружки, особенно промасленных или сырых, так' как размель ченные магниевые сплавы, взрывоопасны.
При подготовке свариваемых кромок стружку и опилки маг ниевых сплавов необходимо собирать в специальные ящики. До-
118
пускается сжигание стружки и влажной пыли магния на специ альной площадке, приспособленной для этого. Рабочие места должны быть очищены от магниевой стружки, опилок и других горючих материалов. Не допускается хранение магния и его сплавов вместе с легковоспламеняющимися веществами: бензи ном, керосином, маслом и др. Места сварки, хранения и обра ботки магния и его сплавов необходимо обеспечить молотыми флюсами или сухим песком в ящике. Тушение воспламеняющих ся отходов магниевых сплавов производится плавильными флю сами ВИ-2 и ВИ-3 либо песком. Категорически запрещается тушение магния и его сплавов водой, тетрахлорными огнетуши телями и углекислотой, так как эти средства усиливают горение магния и его сплавов.
Эксплуатация баллонов с защитным газом должна произво диться в соответствии с требованиями Госгортехнадзора: «Пра вила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работаю щих под давлением».
|
ЛИТЕРАТУРА |
1. В о р о н о в |
С. М. Магниевые деформируемые сплавы. М., Машгиз, 1951. |
2. В у л ь ф Б. К-, Рюм а д и я К. И. Авиационное металловедение. М., Обо- |
|
.роигиз, 1962. |
В. А., Т а щ и л о «в а 3. Л., С к а ч к о «в Ю. Н. Особенности |
3. . К а з а к о в |
|
сварки плавлением сплавов типа дюралюминий. Сб. «Алюминиевые сплавы. Свариваемые сплавы». iM., «Металлургия», 1969.
4. К р ы м о-в В. В. Свойства магниевых сплавов. Сб. «Магниевые сплавы». М., Стандартпиз, .1950.
5. Л а ш к о >Н. Ф., Л аш ко - А «в а к ян С. В. Свариваемые легкие сплавы. Судпромпиз, «I960.
6. Н и к и ф о р о в Г. Д., А н т о н о в Е. Г. Основные источники водорода, растворящевося в сварочной ванне при аргоно-дуговой сварке магниевых спла вов. «Сварочное производство», 1969, № 3.
7. П а т о н Б. Е., П от ап ье -вск и й А. Г., П о д о л а А. В. Импульснодуговая сварка плавящимся электродом с программным регулированием про цесса. «Автоматическая сварка», 1964, № 1.
8. П о р т н о й К. И., Л е б е д е в А. А. Магниевые сплавы. М., Металлургиздат, 1952.
9. Р е й н о р Г. В. Металловедение магния и его сплавов. М., «Металлур
гия», 1964. |
|
Т е р е х о в В. Ф., Н о в и к о в а А. И. Диаграмма |
10. С а в и ц к и й Е. М., |
||
состояния .сплавов |
системы |
магний-неодим. «Неорганическая химия», 1958, |
№ 9. |
Ю. Н., |
Ч и с т я к о в а Л. К. Чувствительность сварных |
11. С к а ч к о в |
||
соединений к концентраторам напряжений. Сб. «Алюминиевые сплавы. Свари ваемые сплавы». М., «Металлургия», 1969.
12. С т о л б о в В. И. Сварка алюминиевых сплавов трехфазной дугой. «Авиационная промышленность», 1961, № 1.
13. Ю с у ф о в а 3. А., Л е с к о в Г. И. К вопросу о механизме разрушения окисных плен при сварке алюминиевых сплавов в среде инертных газов. «Сва рочное производство», '1970, № 7.
14.D о w d I. D. Weld Cracking of Aluminium Alloys. “Welding Journal”, 31,
№10, il952.
15.К 1a i n P. The Welding of Magnesium Alloys. “Welding Journal”, № 7,
1957.
<16. K in g С. P. Ramjets Rely on Mag-Thorium Gastings. “Modern Metals”, 16, № 3, 'I960
17.L e o n t i s T. E. New magnesium alloys for high temperature service. “Metal Progress”, 72, № 2, 1957.
18.L o c k w o o d L. F., К 1a i n P. The arc welding of Wrought magnesium
thorinm alloys. “Welding Journal", 37, № 6, 1958. |
|
19. L o c k w o o d |
L. F. What metal shall use magnesium. “Metal Progress”, |
во, JSTo (10, 1961. |
L. F. Pulse — arc welding of magnesium. “Welding Jour |
20. L o c k w o o d |
|
nal”, 49, № 6, 1970. |
M. E. Material in an Atlas-Agena shrond. “Metal Prog |
21. L a n g s t o n e |
|
ress”, 11, № 2, <1967. |
|
22. H i r s c h f i e l d I. A., S c i 11 e у R. G. Reveal new hot-chort cracking test |
|
for aluminium. “Welding Engineer”, 53, № 8, J968. |
|
|
and |
|
23. P a 11 e e H. E., M e i s t e r R. P., M о n г о e R. E. Cathodic cleaning |
||||
Plasma — arc Welding of aluminium. “Welding Journal”, 47, № .4, 5, <1968. |
|
|||
24 Modern Metals, 21, № 3, 1965. |
P. H. Hot—shortness |
of |
some |
|
25. S i n g e r F. R. E., J e n n i n g s |
||||
AL—Fe—Si alloys of the high purity “Journal Institut Metals”, 73, |
№ |
4, |
1947 |
|
26. Tips on Mig welding magnesium |
“Welding Engineer”, 48, № 9, .1963. |
|||
120