Горячее растрескивание при сварке алюминиевых сплавов

У металлических сплавов известны несколько механизмов растрескивания. К счастью, к алюминиевым сплавам многие из них, например, водородное растрескивание, которое еще называют «холодным растрескиванием», не относятся. Почти все трещины в сварочных швах при дуговой сварке алюминиевых сплавов возникают из-за горячего растрескивания. А именно:  трещины возникают в сварном шве при его затвердевании в результате воздействия усадочных напряжений на его микроструктуру.

Влияние химического состава алюминия

Чтобы понять, почему алюминиевый сварной шов растрескивается и как выбор сварочного сплава (сварочного прутка) влияет на склонность к растрескиванию, очень полезно взглянуть на рисунок.vliyanie-legirovaniya-alyuminiya-na-rastreskivanieЭтот рисунок показывает влияние четырех различных легирующих добавок — Si, Cu и Mg, а также Mg и Si в виде Mg2Si – на склонность алюминиевого сплава к образованию горячих трещин при затвердевании. Важно отметить, что все легирующие добавки влияют на склонность к образованию трещин аналогичным образом. С увеличением концентрации добавки склонность к растрескиванию возрастает, достигает максимума и затем снижается до относительно низкого уровня.

Большинство алюминиевых сплавов, которые считаются не свариваемыми без сварочного прутка, имеют в химическом составе хотя бы одну легирующую добавку с концентрацией вблизи пика склонности к растрескиванию. Сплавы, которые показывают незначительную склонность к образованию трещин, оказывается, имеют химический состав, который далек от этих пиков. Действительно, склонность сплавов к растрескиванию зависит в основном только от их химического состава.

Выбор сварочного материала

Аналогично склонность к растрескиванию в ходе сварки зависит в основном от химического состава сварочной «ванны». Поэтому, принцип выбора сварочного материала заключается в следующем.

1) Для материалов, которые проявляют низкую склонность к образованию трещин нужно применять сварочный материал с аналогичным химическим составом.

2) Для материалов, которые проявляют высокую склонность к образованию трещин нужно применять сварочный материал, который значительно отличается от них по химическому составу, с тем, чтобы попытаться получить химический состав шва вдали от пика растрескивания.

Выполнение этого принципа можно проследить при рассмотрении сварочных материалов, которые применяют при сварке сплавов серий 5ХХХ и  6ХХХ.

Сварка сплавов алюминий-магний

Большинство сплавов серии 5ХХХ проявляют низкую склонность к растрескиванию. Их можно сваривать вообще без сварочного прутка. Пик склонности к растрескиванию находится примерно при 1,5 % Mg. Все сплавы серии 5ХХХ, кроме сплава 5052 (АМг2,5 по ГОСТ 4784), содержат значительно больше магния, чем 1,5 % и находятся поэтому вдали от пика растрескивания. Однако сплав 5052 лежит по магнию прямо на пике растрескивания и, действительно, проявляет довольно высокую склонность к растрескиванию.

При выборе материала сварочного прутка для сплавов серии 5ХХХ общим правилом (кроме сплава 5052) является применение в качестве сварочного сплава серии 5ХХХ с немного большим содержанием Mg, чем в основном (свариваемом) сплаве. Для сплава 5052 применяют сварочный сплав с намного большим содержанием магния, такой как 5356 с 5 % Mg. Это дает большой «сдвиг» содержания магния в затвердевающем сварном шве в сторону от пика растрескивания.

Сварка сплавов алюминий-магний-кремний

Большинство сплавов серии 6ХХХ – сплавов системы Al-Mg-Si – являются очень чувствительными к растрескиванию. Действительно, их химический состав как раз попадает почти на пик, показанный на нижнем графике рисунка. Ни один из этих сплавов нельзя сваривать без сварочного прутка или со сварочным прутком того же химического состава. Если попытаться сделать это, то они будут растрескиваться каждый раз, если к сварочному шву не приложить значительные сжимающие напряжения, как это делается при контактной точечной сварке.

Поэтому выбор сварочного материала для этих склонных к растрескиванию сплавов 6ХХХ заключается в применении сварочных сплавов с таким химическим составом, чтобы получить сварочный шов с химическим составом вдали от пика растрескивания. Для этого применяют сварочные сплавы или с высоким содержанием Mg, например, 5356, или с высоким содержанием Si, обычно — сплав 4043. По этой причине не бывает сварочного прутка из сплава 6061. А если бы он был и мы применили бы его для сварки сплава 6061, то сварочный шов неизбежно бы растрескался.

Только со сварочным прутком!

Важно помнить, что большинство сплавов серии 6ХХХ нельзя сваривать без сварочного прутка. Более того, даже при сварке со сварочным прутком, если подавать его в недостаточном количестве, также возможно возникновение трещин.

Источник: Aluminum and Aluminum Alloys, ed. J.R. Davis

Запись опубликована в рубрике Сварка и пайка алюминия. Добавьте в закладки постоянную ссылку.