Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб
Effect of oxide film macroinclusions on mechanical properties of welds made on aluminium alloy AMg6 6--12 mm thick by TIG welding in argon atmosphere has been investigated. Dependencies of strength of the welds on surface area of such defects escaping to the surface on the side of penetration and lo...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100012 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб / А.Г. Покляцкий // Автоматическая сварка. — 2008. — № 9 (665). — С. 15-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859911633588977664 |
|---|---|
| author | Покляцкий, А.Г. |
| author_facet | Покляцкий, А.Г. |
| citation_txt | Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб / А.Г. Покляцкий // Автоматическая сварка. — 2008. — № 9 (665). — С. 15-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Effect of oxide film macroinclusions on mechanical properties of welds made on aluminium alloy AMg6 6--12 mm thick by TIG welding in argon atmosphere has been investigated. Dependencies of strength of the welds on surface area of such defects escaping to the surface on the side of penetration and located inside the weld have been derived. The
relationships can be used to estimate the admissibility of oxide film macroinclusions in the welds in fabrication of welded structures.
Исследовано влияние макровключений оксидной плены в швах на механические свойства швов, полученных аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом алюминиевого сплава АМг6 толщиной 6…12 мм. Получены зависимости прочности швов от площади таких дефектов, выходящих на поверхность со стороны проплава и
находящихся внутри шва. По ним можно судить о допустимом уровне макровключений оксидной плены в швах при изготовлении сварных конструкций.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:03:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.75
ВЛИЯНИЕ МАКРОВКЛЮЧЕНИЙ ОКСИДНОЙ ПЛЕНЫ
НА ПРОЧНОСТЬ ШВОВ ТОЛСТОЛИСТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
СПЛАВА АМг6
А. Г. ПОКЛЯЦКИЙ, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Исследовано влияние макровключений оксидной плены в швах на механические свойства швов, полученных ар-
гонодуговой сваркой неплавящимся электродом алюминиевого сплава АМг6 толщиной 6…12 мм. Получены
зависимости прочности швов от площади таких дефектов, выходящих на поверхность со стороны проплава и
находящихся внутри шва. По ним можно судить о допустимом уровне макровключений оксидной плены в швах
при изготовлении сварных конструкций.
К л ю ч е в ы е с л о в а : аргонодуговая сварка, неплавящийся
электрод, алюминиевый сплав АМг6, макровключения оксид-
ной плены, временное сопротивление, протяженность де-
фектов
При изготовлении сварных конструкций ответс-
твенного назначения из алюминиевых сплавов
значительную часть швов выполняют аргоноду-
говой сваркой неплавящимся электродом (АДС-
НЭ). Этот способ сварки позволяет получать ка-
чественные швы с гладкой лицевой поверх-
ностью, плавным переходом к основному метал-
лу, без подрезов, наплывов и брызг. Прочность
стыковых соединений сплава АМг6 толщиной
6…12 мм, полученных однопроходной АДСНЭ,
составляет 95 или 75 % прочности основного ме-
талла соответственно в отожженном или нагар-
тованном состоянии [1, 2]. Однако при изготов-
лении крупногабаритных сварных конструкций
вследствие нарушения требований к подготовке
свариваемых кромок, точности их сборки и фик-
сации, а также изменения технологических пара-
метров процесса сварки в швах довольно часто
образуются макровключения оксидной плены [3].
Наличие таких дефектов может приводить к сни-
жению механических свойств сварных соедине-
ний [4, 5].
Цель настоящей работы — определить степень
влияния макровключений оксидной плены на
прочность швов, выполненных АДСНЭ на алю-
миниевом сплаве АМг6 толщиной 6…12 мм.
Исследовали стыковые соединения, получен-
ные на листах алюминиевого сплава АМг6 раз-
мером 400 200 мм автоматической однопроход-
ной АДСНЭ со скоростью 12 м/ч с использова-
нием присадочной проволоки СвАМг6 диаметром
2,5 мм. Питание дуги осуществляли от разрабо-
танного в ИЭС им. Е. О. Патона опытного источ-
ника питания И-160, позволяющего независимо ре-
гулировать длительность τпр, τобр и амплитуду Iпр,
Iобр тока соответственно при прямой и обратной
полярности. Материал толщиной 6 мм сваривали
симметричным током (Iпр = Iобр = 360 А; τпр =
= τобр = 10,4 мс). Чтобы обеспечить необходимую
стойкость неплавящегося электрода (иттрирован-
ный вольфрамовый пруток диаметром 10 мм),
при сварке металла толщиной 12 мм использо-
вали асимметричный по амплитуде ток (Iпр =
780 А, Iобр = 440 А). Для гарантированного по-
лучения макровключений оксидной плены в швах
сборку стыков осуществляли с фиксированным за-
зором (1,2 мм при толщине листа 6 мм и 1,6 мм
при толщине листа 12 мм) между кромками [6].
Перед сваркой листы и сварочную проволоку под-
вергали химическому травлению по общепринятой
технологии. С целью получения в швах дефектов
большой площади часть стыков сваривали без пред-
варительной механической зачистки поверхностей
и торцов свариваемых кромок.
Из полученных соединений изготавливали
стандартные образцы для определения временно-
го сопротивления металла швов. Чтобы разруше-
ние образцов происходило по шву в месте на-
хождения дефекта, усиление и проплав удаляли
заподлицо с основным металлом. При испытании
образцов в условиях статического растяжения
фиксировали реальную нагрузку P, при которой
происходило их разрушение. На образце перед
его испытанием измеряли площадь поперечного
сечения шва Fш с целью определения временного
сопротивления металла швов. После разрушения
образцов в изломах швов с помощью микроскопа
МБС-2 определяли площадь макровключений ок-
сидной плены Fо.п. Все дефекты по характеру их
залегания в швах подразделяли на открытые (вы-
ходящие на поверхность со стороны проплава)
и закрытые (находящиеся внутри шва) (рис. 1).
Отдельно для каждой группы дефектов опреде-
ляли относительную площадь Fо.п/Fш макровклю-
© А. Г. Покляцкий, 2008
9/2008 15
чений оксидной плены. Для расчетов использо-
вали средние значения показателей, полученных
по результатам испытаний 10…15 образцов.
Чтобы выяснить, в какой степени такие мак-
ровключения проявляют себя как концентраторы
напряжений при растяжении образцов толщиной
6 мм, вычисляли площадь рабочего сечения шва
Fр = Fш – Fо.п без учета площади дефекта. Затем
исходя из предела прочности бездефектных швов
находили расчетное значение нагрузки Pр, при ко-
тором происходило бы разрушение качественных об-
разцов с различной площадью сечения шва. Кроме
того, на отдельных образцах оценивали ударную вяз-
кость и угол загиба швов, металл которых содержит
макровключения оксидной плены.
Анализ изломов образцов показал, что в боль-
шинстве случаев макровключения оксидной пле-
ны находятся в нижней (корневой) части шва, сос-
тавляющей примерно 25 % толщины свариваемо-
го металла. Все они имеют различную форму и
протяженность, но по общему виду могут быть
условно разделены на две группы — тонкие
(0,30…0,45 мм) протяженные (рис. 1, а) и сосре-
доточенные, близкие по форме к треугольнику
(рис. 1, б). Как правило, после снятия проплава
шва основное количество таких дефектов оказы-
вается открытым и может быть легко обнаружено
визуально. Незначительная часть дефектов оста-
ется внутри шва и необходимо применение рент-
геновского или ультразвукового контроля для
комплексной оценки качества сварных соедине-
ний толстолистового сплава АМг6, полученных
АДСНЭ.
Все исследованные с помощью сканирующего
микроскопа макровключения оксидной плены бы-
ли очень тонкими (от 6⋅10–4 до 2⋅10–2 мм) и имели
различные цветовые оттенки. Наиболее тонкие
плены — блестящие, под их поверхностью четко
просматриваются фрагменты структуры металла
шва (рис. 2, а). Черные по цвету плены имели
большую толщину, отличались хрупкостью, о чем
свидетельствует наличие микротрещин в их
структуре (рис. 2, б).
Для оценки влияния макровключений оксид-
ной плены на прочность швов, выполненных АД-
СНЭ на листе сплава АМг6 толщиной 6…12 мм,
построены кривые (рис. 3). Полученные резуль-
Рис. 1. Макровключения оксидной плены в изломах разрыв-
ных образцов металла швов, выполненных АДСНЭ на алю-
миниевом сплаве АМг6 толщиной 12 мм: а, б — открытые,
соответственно тонкие протяженные и сосредоточенные; в —
закрытые
Рис. 2. Фрактограммы ( 500) поверхности разрушенных швов, выполненных на сплаве АМг6, в области макровключений
оксидной плены: а, б — см. в тексте
16 9/2008
таты свидетельствуют о существенном влиянии
на прочность швов даже незначительных по пло-
щади дефектов. Так, наличие закрытого дефекта,
составляющего всего 1 % площади шва, снижает
его временное сопротивление σв с 315 до
300 МПа, а такого же по площади открытого де-
фекта — до 285 МПа. При увеличении относи-
тельной площади макровключений оксидной пле-
ны до 2 % временное сопротивление швов умень-
шается до 285 МПа при расположении их внутри
шва и до 248 МПа при выходе их на поверхность.
Если относительная площадь дефектов составляет
6 % площади шва, то в зависимости от их рас-
положения временное соп- ротивление металла
швов может снизиться на 20…30 %.
По-видимому, открытые дефекты не только
уменьшают рабочее сечение шва из-за отсутствия
прочного адгезионного взаимодействия между по-
верхностями макровключений оксидной плены и
металла шва, но и служат концентраторами нап-
ряжений при нагрузке. Это полностью подтвер-
ждается при сравнении расчетных значений наг-
рузок, при которых бы бездефектные образцы с
различной площадью сечения швов разрушались,
и реальных нагрузок, при которых происходит
разрушение образцов с дефектами (рис. 4). Рас-
четные значения нагрузок при любой площади
дефекта превосходят реальные, но с ее повыше-
нием разница между ними увеличивается.
Следовательно, продольные макровключения
оксидной плены могут представлять наибольшую
опасность для продольных швов цилиндрических
сосудов, кольцевых и круговых швов сферических
сосудов, поскольку в этих соединениях при на-
гружении наибольшие главные напряжения дейс-
твуют перпендикулярно шву. В сварных конс-
трукциях ответственного назначения предъявля-
ются высокие требования к прочности швов. По-
этому исходя из назначения и условий их экс-
плуатации отраслевыми стандартами и производ-
ственными инструкциями устанавливаются раз-
меры допускаемых макровключений оксидной
плены в металле швов.
Определить протяженность допускаемых де-
фектов в швах можно исходя из полученных за-
висимостей (рис. 3). Например, для конструкции
ответственного назначения временное сопротив-
ление швов должно обеспечиваться на уровне
280 МПа. Как видно из графика, площадь отк-
рытых дефектов в швах при этом может состав-
лять примерно 1 % площади поперечного сечения
образца, т. е. около 1 мм2 для металла толщиной
6 мм. Поскольку максимальная глубина залегания
сосредоточенных дефектов не превышает 1/4 вы-
соты шва (1,5 мм), а форма близка к треугольной,
то длина их на испытуемом образце не должна
быть более 1,3 мм. Для металла толщиной 12 мм
площадь поперечного сечения разрывного образ-
ца составляет 300 мм2, а следовательно, допус-
тимая площадь макровключений оксидной плены
составляет 3 мм2, а максимальная длина дефектов
— 2 мм. Но среди общего количества дефектов
примерно половину составляют тонкие
(0,30…0,45 мм) протяженные. Если считать такие
дефекты прямоугольными, то допустимая их дли-
на для образцов из металла толщиной 6 мм не
должна превышать 3,5 мм, а из металла толщиной
12,0 – 6,7 мм. Усредняя полученные расчетным
путем значения их протяженности, устанавлива-
ем, что при изготовлении конструкций из сплава
АМг6 толщиной 6 мм длина допустимых макров-
ключений оксидной плены, выходящих на повер-
хность со стороны проплава, составляет 2,4 мм.
С увеличением толщины свариваемого металла
до 12 мм допустимая длина таких дефектов в
швах повышается до 4,3 мм. Полученные резуль-
Рис. 3. Зависимость временного сопротивления σв металла
швов, выполненных АДСНЭ на алюминиевом сплаве АМг6
толщиной 6…12 мм, от относительной площади макровклю-
чений оксидной плены при открытых (1) и закрытых (2)
дефектах
Рис. 4. Зависимость реальной P (1) и расчетной Pр (2) нагруз-
ки, приводящей к разрушению образцов швов, выполненных
АДСНЭ на алюминиевом сплаве АМг6 толщиной 6 мм, от
площади рабочего сечения шва Fр
9/2008 17
таты согласуются с требованиями, предъявляемы-
ми существующими отраслевыми стандартами к
качеству сварных соединений. Так, например, при
изготовлении корпусных изделий космической
техники из сплава АМг6 допускается наличие в
швах макровключений оксидной плены протяжен-
ностью не более 2,5 мм при толщине сваривае-
мого металла 6 мм и не более 4,0 мм при толщине
свариваемого металла 12 мм. Для закрытых де-
фектов может допускаться двукратное увеличение
их длины, поскольку они в меньшей степени сни-
жают прочность швов.
Ударная вязкость и угол загиба швов при уве-
личении площади макровключений оксидной пле-
ны снижаются более резко, чем их прочность. Ес-
ли прочность швов, содержащих открытые дефек-
ты площадью 1 % площади шва, снижается при-
мерно на 10 %, то ударная вязкость и угол загиба
швов, содержащих такие же по площади макров-
ключения оксидной плены, уменьшаются в сред-
нем на 20 %. Это свидетельствует о более вы-
сокой чувствительности указанных показателей к
концентрации напряжений под воздействием наг-
рузок при испытаниях. Поэтому при АДСНЭ из-
делий из алюминиевого сплава АМг6 необходимо
обеспечивать требуемую точность подготовки,
сборки и фиксации кромок, а также строго соб-
людать технологические параметры процесса
сварки во избежание образования макровключе-
ний оксидной плены в металле швов. В случае
последующего деформирования или ударного
нагружения швов в процессе изготовления кон-
струкций целесообразнее выполнять их плазмен-
но-дуговой сваркой, позволяющей за счет высо-
кой концентрации плазменной струи избежать об-
разования в корневой части швов дефектов, ха-
рактерных для АДСНЭ, и обеспечить высокие ме-
ханические свойства сварных соединений.
Таким образом, можно заключить, что мак-
ровключения оксидной плены в металле швов, яв-
ляющиеся наиболее характерным дефектом при
АДСНЭ алюминиевого сплава АМг6, существен-
но снижают механические свойства швов. Наи-
более опасны дефекты, выходящие на поверх-
ность со стороны проплава, поскольку они не
только уменьшают рабочее сечение шва, но и яв-
ляются концентраторами напряжений при нагруз-
ках. При наличии в образце открытого дефекта,
занимающего 1 % площади сечения шва, выпол-
ненного АДСНЭ на алюминиевом сплаве АМг6
толщиной 6…12 мм, временное сопротивление
швов снижается на 10 %, а их ударная вязкость
и угол загиба — на 20 %. С помощью полученной
зависимости временного сопротивления от отно-
сительной площади макровключений оксидной
плены в металле швов можно определять размеры
допустимых дефектов исходя из требований,
предъявляемых к сварным конструкциям.
1. Машин В. С., Покляцкий А. Г., Федорчук В. Е. Механи-
ческие свойства соединений алюминиевых сплавов при
сварке плавящимся и неплавящимся электродом // Авто-
мат. сварка. — 2005. — № 9. — С. 43–49.
2. Рабкин Д. М. Металлургия сварки плавлением алюминия
и его сплавов. — Киев: Наук. думка, 1986. — 256 с.
3. Покляцкий А. Г. Особенности образования макровключе-
ний оксидной плены в металле швов алюминиевых спла-
вов (Обзор) // Автомат. сварка. — 2001. — № 39. —
С. 38–40.
4. Воропай Н. М., Манжелей Г. П. Выявление окисных
включений в швах на алюминиевых сплавах // Там же.
— 1969. — № 3. — С. 71–72.
5. Макаров И. И., Волынский В. Н., Прохоров Н. Н. Влия-
ние пор и окисных включений на прочность сварных со-
единений сплава АМг6 // Там же. — 1976. — № 4. —
С. 27–30.
6. Ищенко А. Я., Покляцкий А. Г., Яворская М. Р. Предотв-
ращение включений оксидной плены в швах при аргоно-
дуговой сварке алюминиевых сплавов // Там же. — 1989.
— № 6. — С. 38–41.
Effect of macro oxide film inclusions on mechanical properties of welds made on aluminium alloy AMg 6, 6...12 mm
thick, by TIG welding in argon atmosphere has been investigated. Relationships between strength of the welds and
surface area of such defects escaping to the surface on the side of penetration and located inside the weld have been
derived. The relationships can be used to estimate admissibility of macro oxide film inclusions in the welds in fabrication
of welded structures.
Поступила в редакцию 10.04.2008
18 9/2008
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100012 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:03:10Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Покляцкий, А.Г. 2016-05-14T19:09:18Z 2016-05-14T19:09:18Z 2008 Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб / А.Г. Покляцкий // Автоматическая сварка. — 2008. — № 9 (665). — С. 15-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100012 621.791.75 Effect of oxide film macroinclusions on mechanical properties of welds made on aluminium alloy AMg6 6--12 mm thick by TIG welding in argon atmosphere has been investigated. Dependencies of strength of the welds on surface area of such defects escaping to the surface on the side of penetration and located inside the weld have been derived. The relationships can be used to estimate the admissibility of oxide film macroinclusions in the welds in fabrication of welded structures. Исследовано влияние макровключений оксидной плены в швах на механические свойства швов, полученных аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом алюминиевого сплава АМг6 толщиной 6…12 мм. Получены зависимости прочности швов от площади таких дефектов, выходящих на поверхность со стороны проплава и находящихся внутри шва. По ним можно судить о допустимом уровне макровключений оксидной плены в швах при изготовлении сварных конструкций. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб Influence of oxide film macroinclusions on the strength of welds in plate joints of AMg6 alloy Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб Покляцкий, А.Г. Научно-технический раздел |
| title | Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб |
| title_alt | Influence of oxide film macroinclusions on the strength of welds in plate joints of AMg6 alloy |
| title_full | Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб |
| title_fullStr | Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб |
| title_full_unstemmed | Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб |
| title_short | Влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава АМгб |
| title_sort | влияние макровключений оксидной плены на прочность швов толстолистовых соединений сплава амгб |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100012 |
| work_keys_str_mv | AT poklâckiiag vliâniemakrovklûčeniioksidnoiplenynapročnostʹšvovtolstolistovyhsoedineniisplavaamgb AT poklâckiiag influenceofoxidefilmmacroinclusionsonthestrengthofweldsinplatejointsofamg6alloy |