ФОРМИРОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ

1. Строение сварного соединения

Формирование соединений при сварке плавлением происходит в условиях определенного термического цикла. В зависимости от максимально достигаемых в процессе сварки температур сварное соединение обычно делят на три основные области: шов, область термического влияния сварки и основной металл. Более подробно в завися-мости от особенностей образования ванны и последующей кристаллизации в поперечном сечении сварного соединения можно выделить следующие зоны (области) (рис. 18): центральная /, в которой металл ванны полностью расплавлен и интенсивно перемешан. В этой зоне металл шва (МШП) сформирован в результате расплавления основного и присадочного металлов, подвергался воздействию обычного или модулированного тока, магнитного перемешивания и пр.; зона расплавленного основного металла 2, не успевшего смешаться с присадочным металлом (МШН), четко проявляется при сварке разноименных сплавов и разнородных металлов (алюминия со сталью, медью и др.); между МШП и МШН нет видимой границы; зона сплавления 3, в которой основной металл подвергался частичному оплавлению, расплавлению отдельных легкоплавких структурных составляющих или сегрегации, возникающих при металлургическом переделе или в результате сварочного нагрева (зона взаимной кристаллизации по А. А. Алову); зона термического влияния 4, ограниченная с одной стороны зоной сплавления, а с другой — основным металлом, не подвергавшимся термическому циклу, т. е. находившимся при температуре ниже 70—■ 100 °С. По упрощенным представлениям зоны МШН и ЗС не выделяют, подсоединяя их соответственно к шву и ЗТВ.

Зона термического влияния. Конечная структура и соответственно свойства ЗТВ зависят от термического цикла сварки, состава свариваемого сплава и его исходного состояния. Типичными процессами, формирующими ЗТВ, являются структурные и фазовые превращения, включающие рост зерна, полное или частичное снятие эффекта предшествующей термообработки и нагартовки, местные отжиг и подкалка сплава и др.

Зона сплавления. Структура ЗС создается в условиях, существенно более сложных, чем в ЗТВ. В процессе нагрева, протекающего с большой скоростью, здесь начинается меж- и внутризеренное оплавление, степень которого определяется как интервалом кристаллизации сплава, так и максимально достигаемой температурой. У границы с ванной

Рис. 18. Зоны сварного соединения: / —г шов — загса полного перемешивания; 2 — зона-неполного перемешивания; 3 — зона частичного оплавления; 4 — ЗТВ; 5 — основной металл, не подвергавшийся тепловому воздействию сварки.

достигается полное оплавление — начинается МШН. Следует заметить, что в условиях быстрого нагрева начало оплавления может начаться не от равновесной температуры солидус, а от более низкой температуры. Так, при наличии в исходном полуфабрикате сплава А1 — Mg межзе-ренных выделений Мй5А1я оплавление может возникнуть при температуре плавления эвтектики, т. е. 450 °С, в сплаве системы А1—Си в случае наличия межзеренных выделений А12Си — при температуре плавления эвтектики а + А12Си (547 °С).

Расположение межзеренных оплавленных прослоек определяется формой, размерами и ориентацией зерен основного металла. По мере перемещения источника тепла наступает стадия охлаждения и кристаллизации меж- и внутризеренных расплавов. Кристаллизация межзеренных расплавов начинается от поверхностей частично оплавленных зерен. Внутризеренные расплавы кристаллизуются от их внутренних поверхностей. Направление кристаллизации расплавов соответствует как основному направлению отвода тепла, так и кристаллографической ориентировке зерен. На характер дальнейшей кристаллизации расплава в ЗС большое влияние оказывает способность к ликвации легирующих компонентов, вид диаграммы состояния сплава, скорость охлаждения и ряд других факторов. Следует отметить, что из распространенных легирующих элементов в алюминиевых сплавах высокой способностью к ликвации обладают кремний и медь.

При наличии в сплаве ликвирующих компонентов на частично оплавленных зернах начинает кристаллизоваться металл с пониженной концентрацией примесей. В сечении сварных соединений в ЗС это проявляется в форме светлых оторочек. В последнюю очередь затвердевает расплав, приближающийся по составу к соответствующей эвтектике. Кристаллизация меж- и внутризеренных расплавов протекает, по сути, в замкнутых объемах. Если межзеренные прослойки легкоплавких расплавов эвтектического состава или близкого к нему значительны, то создаются благоприятные условия для возникновения микроусадочных несплошностей. В случаях, когда легкоплавкие расплавы образуются в конце кристаллизации, они получаются относительно протяженными, небольшой толщины. Гетерогенность структуры ЗС, возрастающая с увеличением интервала солидус — ликвидус и ликвационной способностью легирующих составляющих сплава является причиной снижения механических свойств в первую очередь, пластичности и коррозионной стойкости сварного соединения.