Глава IV СТРУКТУРА ОКОЛОШОВНОЙ зоны

1. Зона термического влияния при сварке сплава АМгб

Как известно, структура в любой точке ЗТВ является функцией двух переменных: исходной структуры основного металла и термического цикла сварки. Микроструктура основного металла свариваемых пластин может быть различной в зависимости от предшествующей термообработки. Температура в какой-либо точке ЗТВ изменяется как функция режима процесса или расстояния от границы сплавления, где она соизмерима с температурой солидуса. Термический цикл, которому подвергается данная точка околошовной зоны, характеризуется относительно быстрым нагревом, за которым следует более медленное охлаждение. Из-за кратковременности процесса сварки степень изменения микроструктуры в значительной мере зависит от кинетики фазовых превращений. Протекание тех или иных превращений зависит от максимально достигаемой температуры, а также от промежутка времени нахождения в соответствующем температурном интервале. Эти процессы различны для термически неупрочняемых и упрочняемых сплавов. Типичным термически неупрочняемым материалом является алюминиево-магниевый сплав АМгб, который применяется обычно в трех различных исходных состояниях: отожженный (М), нагартованный (Н) и нагартованный повышенной прочности (НПП).

Отожженный сплав АМгбМ. Независимо от степени нагартовки в ЗТВ образуется участок плавления, соединяющий металл шва с нерасплавленным основным металлом. Зона сплавления при ЭЛС составляет 150—200 мкм в нижней части шва и 250—300 мкм в его верхней части. При АДС этот участок в несколько раз больше: вверху он составляет 1000—1200 мкм, внизу — 700—1000 мкм [52].

Основной особенностью ЗС является наличие перегрева. Условно различаем три уровня перегрева: сильный — почти все границы утолщены и тройные стыки оплавлены; средний — единичные утолщенные границы, стыки оплавлены; слабый — наблюдается полиэдрическая структура. Для АДС характерны все три стадии перегрева, последовательно переходящие одна в другую, в то время как зона сплавления при ЭЛС может быть охарактеризована как область со слабым перегревом.

Непосредственно к ЗС примыкает участок рекристаллизации. При ЭЛС протяженность данного участка составляет 80—250 мкм, при АДС

он изменяется в пределах 600—1000 мкм. При АДС и ЭЛС существенная миграция границ зерен наблюдается только в зоне сплавления. Такого рода миграция сопровождается ростом зерен и заметна при сварке плавящимся электродом или в других процессах с большой пг тонной энергией и более мощным термическим воздействием на свариваемый металл. При ЭЛС можно обнаружить смещение единичных границ и образование выступов, что свидетельствует о начальной стадии рекристаллизации, в то время как при АДС происходит далеко зашедшая собирательная рекристаллизации. С целью уяснения характера изменения структуры в ЗС проводили кратковременные нагревы горячекатаного сплава до температуры ниже и выше температуры солидуса в течение 3 мин при 400, 540 и 585 °С с последующим охлаждением на воздухе. Опыты показали, что охлаждение сплава от этих температур не приводит к заметному распаду твердого раствора магния в алюминии, а нагрев и охлаждение способствуют изменению субструктуры зерна. Оплавление границ наблюдалось только при температуре 585 °С. Последующее исследование зоны сплавления при ЭЛС и АДС подтвердило эти выводы. Полностью исчезает субзеренная структура внутри зерна, но плотность дислокаций становится выше, чем в зернах горячекатаного листа.

Термические напряжения, возникающие в процессе охлаждения, настолько высоки, что приводят к дополнительному изменению структуры, которое не происходит при кратковременных нагревах. Кроме того в начале участка сплавления полностью исчезают марганцовистые выделения, присутствующие в горячекатаном состоянии. В зоне, где температурное влияние менее значительно, наблюдается структура, присущая деформированному металлу. Для оплавленных границ при АДС характерен провал концентрации магния вблизи утолщенной границы, в то время как при ЭЛС провалов нет. Заметим, что при АДС наличие провалов резко увеличивает градиент концентрации магния вблизи оплавленной границы, чем объясняются пониженные коррозионные свойства соединений при этом виде сварки. Ширина зоны переменной концентрации магния для АДС в 3—4 раза больше, чем для ЭЛС. Отсутствие провала концентрации может быть объяснено тем, что здесь наблюдается начальная стадия оплавления только избыточной 6-фазы с незначительным оплавлением самого твердого раствора. При переходе от АДС к ЭЛС уменьшаются размеры дендритной ячейки, зерна, зоны сплавления и зоны рекристаллизации и улучшаются коррозионные свойства, практически не изменяется временное сопротивление.

Нагартованный сплав АМгбНПП. Под воздействием тепла сварочной дуги нагартованный металл в ЗТВ разупрочняется до уровня отожженного. Влияние температурно-временного режима нагрева, имитирующего термический цикл сварки, на характер разупрочнения нагартованного сплава изучено на отдельных образцах и сопоставлено с результатами разупрочнения металла при сварке плавлением [74].

В качестве исходного материала использован сплав АМгбНПП с различным уровнем твердости — 95—100 НЯВ (Р = 600 Н). Такую