Сварка сплавов типа Д16 (система Al-Cu-Mg)

Сплавы системы Al—Cu—Mg, несмотря на высокую прочность и жаропрочность, отличаются плохой свариваемостью — из-за чрезмерной склонности к образованию горячих трещин и разупрочнению металла в ЗТВ. Наибольшую склонность к образованию горячих трещин имеют сплавы Д16, Д18, В95, ВД17, наименьшую — сплав ВАД1 и частично сплав Д19.

Указанная группа сплавов из-за повышенной склонности к образованию кристаллизационных трещин при сварке плавлением рекомендуется только для конструкций со сварными соединениями, выполняемыми контактной сваркой. В этой связи необходимо отметить, что новый сплав ВАД1 не только удовлетворительно сваривается способами плавления, но и обладает высокой работоспособностью при повышенных температурах (вплоть до 300°С).

Сплав ВАД1 по механическим свойствам при +20° С близок к сплаву Д16 и выделяется среди свариваемых сплавов высокими значениями кратковременной прочности при повышенных температурах (100—300°С).

Сплав ВАД1 упрочняется закалкой с последующим старением (искусственным или естественным). При искусственном старении обеспечиваются высокие и стабильные свойства металла. Температура закалки составляет 500—510°С, а при искусственном старении — 175°С (выдержка 18—22 ч).

В закаленном состоянии сплав ВАД1 обладает повышенной пластичностью, что позволяет производить нагартовку полуфабрикатов. Время перерыва между закалкой и нагартовкой или искусственным старением не ограничивается. Отжиг выполняется при 380—425°С (выдержка 10—60 мин) с охлаждением на воздухе.

Сплав удовлетворительно деформируется в горячем и холодном состоянии.

При проектировании сварных узлов необходимо предусматривать тщательную отработку конструктивных форм — выбор формы элементов с минимальными концентраторами (плавность перехода при изменении сечения деталей, уменьшение эксцентриситетов и т. п.), а сварные швы выносить из зоны изгибающих напряжений и перепада жесткостей.

Все детали, поступающие на сборку и сварку, должны быть в закаленном и искусственно состаренном состоянии. Искусственное старение после сварки не рекомендуется. Не допускается правка узлов с приложением ударной нагрузки к сварному соединению.

Структура металла сварного шва и ЗТВ представляет собой твердый раствор и интерметаллиды. Наиболее крупные интерметалл иды выделяются в зоне сплавления.

Сплав ВАД1 имеет удовлетворительную свариваемость при сварке плавлением и контактной сварке. Аргонодуговая сварка сплава ВАД1 неплавящимся электродом с использованием присадочной проволоки обеспечивает временное сопротивление сварного соединения не менее 380 МПа при угле загиба 42°. С повышением температуры прочность соединения приближается к прочности основного металла, а при 200°С обеспечивается равнопрочность. В качестве присадочного материала при сварке плавлением рекомендуется проволока марки ВАД1.

Как уже отмечалось, сплавы дайной системы относятся к термически упрочняемым. В связи с этим механические свойства сварных соединений не только зависят от вида полуфабриката и способа сварки, но и во многом определяются состоянием материала до и после сварки.

Следует отмстить пониженную общую коррозионную стойкость полуфабрикатов из сплава ВАД1. Плакирование катаных полуфабрикатов надежно защищает их от коррозионного разрушения. Сварные соединения отличаются пониженной сопротивляемостью коррозионному разрушению. Искусственное старение повышает коррозионную стойкость сплава, за исключением склонности к межкристаллитной коррозии. Эксплуатационные нагревы не снижают коррозионной стойкости сплава и его сварных соединений.

Высокопрочный и жаропрочный сплав ВАД23 системы Al—Cu—Li—Cd удовлетворительно сваривается аргонодуговой сваркой (коэффициент трещинообразования по крестовой пробе составляет 15—20%). Аргонодуговая сварка состаренного по любому режиму сплава ВАД23 толщиной 2 мм обеспечивает предел прочности соединения 260—300 МПа и угол загиба 50—70°.

В результате воздействия термического цикла сварки в ЗТВ обнаруживаются два участка металла с пониженной твердостью. Повышение твердости на участке, непосредственно примыкающем к шву, обусловливается повторной закалкой при остывании сварного соединения. Снижение твердости на участке ЗТВ, несколько удаленном от сварного шва, обусловлено процессами частичного отжига во время сварки сплава.

После сварки в зоне термического влияния сплава ВАД23 возможно некоторое повышение твердости, связанное с естественным старением и протекающее преимущественно в первые 2—3 сут. При этом механические свойства сварного соединения изменяются несущественно.

Для достижения более высоких механических характеристик сварного соединения сварку сплава ВАД23 следует осуществлять на жестких режимах, благоприятствующих минимальному тепловложению при высоких скоростях остывания металла шва. С увеличением погонной энергии возрастает тепловое воздействие на металл ЗТВ, что отрицательно отражается на механических характеристиках сварного соединения.