長期以來,無論是俄羅斯還是其他國家,可焊性良好的鋁合金有Al - Mg 系鋁合金(牌號為AMr1、AMr2、AMr3、AMr4、AMr6、AMr61) 和Al - Cu 系鋁合金(牌號為Д20 、1201、1205) 。以后又開發(fā)出了新的Al - Mg 系鋁合金( 01515、01523、01535、01545、01545K、01570、01570C、1420) 和新的Al - Cu 系鋁合金(01460、01461、01464) 。
在Al - Mg 系鋁合金的弧焊中,通常都是推薦使用Св- AMr2、Св- AMr3、Св- AMr6、Св- AMr61、Св- AMr63、1557、1577 焊條,對Al - Cu 系鋁合金則推薦用01201 和01217(見表1) 。
在多年生產經驗的基礎上可以認定,這些焊條在某些情況下,不可能保證有高的機械性能,而且其可焊性的指標較低。例如,在對01460、01464 和其他鋁合金的焊接中發(fā)現(xiàn):其塑性指標就特別低,彎曲角為15°～20°,焊縫的沖擊韌性為9～10 J / cm2 。
本文對在Al - Mg 系和Al - Cu 系合金的焊接中使用有限幾種新牌號焊條的可行性進行了研究。根據(jù)有關的文獻資料,在評價可焊性時是用十字形試樣、魚骨形試樣和在ЛТП1 - 6 試驗裝置上進行的,試驗法為MBTY。鋁合金的可焊性指標列于表2 和表3 中。所有被研究的Al - Mg 系合金試樣,都使用了01545K、01571、01597 這3 種焊條,從而保證其可焊性指標比使用傳統(tǒng)焊條有很大的改善。例如,在十字形試樣上,裂紋形成系數(shù)實際上降低至零;變形的臨界速度提高到8 %～10 %(AMr6、01545 和01575鋁合金) 和10 %～13 %(1420 型鋁合金) 。
AMr2 鋁合金使用了01523、01535 , 尤其是01545K焊條以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Св- AMr2 或Св- AMr3焊條。這能顯著提高其抗熱裂紋性能。在十字形試樣和魚骨形試樣上的焊接結果表明,裂紋形成系數(shù)下降了67 %、80 % ,變形臨界速度實際提高了2 倍。因此對由AMr2 鋁合金制成的復雜空間結構,最合適的是使用含鈧的01523 和01545 焊條,尤其是對手工焊更是如此。
1201 型Al - Cu 系鋁合金,使用01207 焊條代替1201 型合金傳統(tǒng)的焊條,用在十字形試樣和魚骨形試樣的焊接上,可降低裂紋形成系數(shù)50 %～67 %。與1217 焊條相比,所有的可焊性指標實際是一樣的。
對01460 型鋁合金而言,使用這些牌號的焊條代替?zhèn)鹘y(tǒng)的1201 焊條,都能使其抗熱裂紋的性能有明顯的提高。
焊接接頭的機械性能與使用的焊條牌號有關,見表4、表5 和表6。由分析表中的數(shù)據(jù)可知,AMr6型鋁合金使用新的含鈧焊條(1545 和01571) 與傳統(tǒng)的Св- AMr63 型焊條相比,焊接接頭的機械性能實際上沒有什么變化。
對由AMr6 鋁合金使用Св- AMr6 和01571 型焊條焊接的兩批試樣進行比較試驗的結果表明:2 種焊條焊接的試樣在2 ×106 次循環(huán)基數(shù)上的疲勞極限實際上是相同的。
由此可見,使用含鈧的焊條(01571) 對AMr6 鋁合金實施焊接后,在機械性能方面并沒有什么特別的優(yōu)勢。鑒于含鈧焊條的價格較高(為一般焊條的2～4 倍) ,所以用其來對AMr6 型鋁合金焊接就不合
適了。只有對要消除凸起和避免焊穿的焊接接頭,才屬于例外。在此種情況下,使用含鈧焊條(01571 ,01597) 能顯著提高強度極限。
對于牌號為01545 和01570 鋁合金的焊接,使用含鈧焊條能提高抗拉強度1 %～3 % ,焊縫的沖擊韌性提高12 %～14 %(與Св- AMr63 焊條相比) 。
對于牌號為01420、01421、01423 和01424 鋁合金的焊接,使用含鈧焊條實際上不會提高強度極限,會降低彎曲角度,提高沖擊韌性10 %～15 %(與使用傳統(tǒng)的Св- AMr63 焊條相比) 。
對于01460 型鋁合金的焊接,使用1207 焊條代替行業(yè)內所推薦的1217 焊條,雖然在強度極限方面沒有什么變化,但是能提高彎曲角度50 %～80 % ,而沖擊韌性可提高60 %～90 %。
01460 型鋁合金是適用于0 ℃以下環(huán)境中使用的材料。因此,對牌號為01201 和01460 鋁合金在- 196 ℃和- 253 ℃下,依據(jù)不同牌號的焊條的焊接強度進行了測定(見表6) 。與1201、01217 和01207
這幾種焊條相比,采用其他幾種焊系在低溫下的焊接強度極限沒有什么太大的差別。而在焊縫的沖擊韌性方面,在整個試驗的溫度范圍內用01207 焊條的要比用01217 焊條的高50 %～110 %。
在制造復雜且密封性要求高的重要結構件時,往往需要用到補焊。焊接生產經驗表明,在補焊牌號1201 和01460 鋁合金構件時,使用1207 焊條是很成功的,一般只需補焊一遍即可,不會有什么缺陷。而使用1217 焊條、特別是1201 焊條時,通常需要補焊2～3 遍。
從實驗數(shù)據(jù)綜合分析可看出,01545K 焊條和01571 焊條最適合用于與AMr2 相類似的鋁合金和AMr2 型鋁合金的焊接;而AMr6 型鋁合金的焊接最適宜使用傳統(tǒng)的Св- AMr63 焊條。
在大多數(shù)情況下對于牌號為01460 和1201 鋁合金,最適合使用1207 (代替1217) 焊條進行焊接。
對于牌號為1420、01421、01423 和01424 這些鋁合金,只有在用人工焊接和補焊復雜的空間骨架式構件時,使用01545 和01571 型焊條才是合適的。
需要指出的是,使用金屬鈧作為鋁合金的合金元素的想法是由技術科學博士Β. И. 葉拉金首先提出的。
根據(jù)研究結果,鈧元素加入到鋁合金中,起到2種獨特的強化作用,即彌散硬化和組織強化。這些機理與形成Al3Sc 鈧化物相的彌散顆粒有關。這些彌散顆粒直接起到了對合金材料的強化作用。
結論
1. 對于由AMr2 鋁合金制造的復雜結構的焊接,特別是在手工弧焊時,使用含鈧的01525、01535和01545K焊條最為合適。
2. 在AMr6 鋁合金構件的焊接中,使用含鈧焊條與使用傳統(tǒng)焊條Св- AMr63 相比,并無明顯的優(yōu)勢。
3. 對于牌號01460 鋁合金,在大多數(shù)情況下使用含鈧的1207 焊條取代以前建議使用的01217 焊條進行焊接是最合理的。
4. 在由1201 鋁合金制造的構件上使用1207 焊條替代以前建議使用的1201 焊條進行焊接是最合適的。
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