ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ СВАРКИ И СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВО-МАГНИЕВОГО СПЛАВА АМГ6

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты комплексного исследования влияния режимов сварки и последующей термической обработки на формирование структуры, дефектность и механические свойства сварных соединений из деформируемого алюминиево-магниевого сплава АМг6. Установлены оптимальные параметры для ручной аргонодуговой (TIG) и полуавтоматической (MIG) сварки для толщины 3 мм. Методами металлографического анализа выявлено формирование неоднородной структуры, включающей литой металл шва, зону сплавления и зону термического влияния (ЗТВ), с характерным разупрочнением в ЗТВ на 20–30%. Показана целесообразность применения стабилизирующего отпуска (250-300°C) для снятия остаточных напряжений. Разработаны практические рекомендации по технологии сварки и обеспечению безопасности при работе со сплавом АМг6.

Ключевые слова: сплав АМг6, сварка TIG, сварка MIG, микроструктура, зона термического влияния, механические свойства, термическая обработка, дефекты сварки, безопасность.

Введение

Алюминиево-магниевые сплавы, в частности сплав АМг6, занимают ключевое место в современных отраслях промышленности, таких как авиационно-космическая техника, судостроение и транспортное машиностроение, благодаря сочетанию высокой удельной прочности, исключительной коррозионной стойкости и удовлетворительной свариваемости [1, 2]. Однако процесс сварки данного сплава сопряжен с рядом технологических трудностей: склонностью к образованию пор вследствие водородной насыщаемости, возможностью возникновения горячих трещин, выгоранием легирующего магния и значительным снижением прочности в зоне термического влияния (ЗТВ) [3, 4]. Указанные проблемы напрямую зависят от выбранных режимов сварки, что обуславливает актуальность системного исследования влияния технологических параметров на качество соединений.

Целью работы являлось обоснование, определение и оптимизация режимов сварки изделий из сплава АМг6, обеспечивающих получение соединений с высокими механическими свойствами и минимальным уровнем дефектности.

В качестве объекта исследования выбран деформируемый алюминиево-магниевый сплав АМг6. Для проведения исследований были изготовлены образцы стыковых соединений толщиной 3 мм.

Основными методами сварки выбраны:

Ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом (TIG): Обеспечивает высокую стабильность тепловложения и минимальное разбрызгивание. Режим: переменный ток (AC) 140-180 А, защитный газ – чистый аргон (8-12 л/мин), присадочная проволока Св-АМг5 (ER5183) диаметром 2.0-3.0 мм.

 Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом (MIG): Обеспечивает высокую производительность. Режим: постоянный ток обратной полярности (DC+) 90-120 А, напряжение 17-19 В, защитный газ – чистый аргон (12-16 л/мин), проволока Св-АМг5 диаметром 1.0-1.2 мм.

Критическое внимание уделялось подготовке поверхностей: механическая зачистка до металлического блеска нержавеющей щеткой и последующее обезжиривание для удаления тугоплавкой окисной пленки Al₂O₃.

Для комплексной оценки качества соединений применялся следующий методический аппарат:

1. Неразрушающий контроль (НК): Визуальный и измерительный контроль (ВИК), капиллярный контроль, радиография, ультразвуковой контроль.

2. Разрушающий контроль (РК): Статические испытания на растяжение и изгиб на универсальной разрывной машине.

3. Металлографические исследования: Макро- и микроструктурный анализ с использованием оптического микроскопа Nikon Eclipse LV 150N. Шлифы подготавливались шлифовкой, полировкой и травлением реактивом Келлера.

4. Измерение твердости: построение карт твердости по методу Виккерса (HV) поперек шва.

5. Термическая обработка: изучалось влияние стабилизирующего отпуска (250-300°C, 1-2 ч) и полного отжига (350-410°C, 1-3 ч).

Результаты и обсуждение

1. Микроструктура сварных соединений

Металлографический анализ выявил формирование трех характерных зон в сварном соединении (Рис. 1):

Рисунок 1. Макроструктура сварного соединения сплава АМг6 х 100

Металл шва: Имеет литую дендритную структуру. Основой является α-твердый раствор, в междендритных пространствах локализуются вторичные выделения β-фазы (Al₃Mg₂) и интерметаллидов типа Al₆(Fe,Mn). При увеличении погонной энергии наблюдается укрупнение дендритов.

 Зона сплавления: Узкая область с столбчатыми кристаллами, выросшими эпитаксиально от основного металла. Является наиболее критичным участком с точки зрения склонности к образованию горячих трещин из-за скопления эвтектических фаз.

 Зона термического влияния (ЗТВ): Включает участки перегрева (рост зерна), рекристаллизации (разупрочнение) и старения. Наиболее выраженное разупрочнение наблюдается в зоне перегрева.

Сравнение образцов, сваренных с разной погонной энергией, показало, что при низкой энергии ЗТВ уже (~1-2 мм), структура металла шва более мелкодисперсная. Высокая погонная энергия приводит к расширению ЗТВ (~3-5 мм), резкому росту зерна и образованию грубых междендритных выделений.

2. Механические свойства

Испытания на статическое растяжение показали, что при оптимальных режимах сварки разрушение образцов происходит по основному металлу, что свидетельствует о высокой прочности сварного соединения. Предел прочности соединений соответствовал уровню 260-320 МПа.

Измерение твердости подтвердило формирование «мягкой» зоны в ЗТВ (Таблица 1).

Таблица 1.

Распределение твердости в зонах сварного соединения АМг6

Снижение твердости в ЗТВ на 20-30% относительно основного металла связано с отжигом нагартованной структуры и коагуляцией упрочняющих фаз.

3. Влияние термической обработки

Исследование влияния термической обработки (ТО) показало, что ее основными задачами для сварных соединений АМг6 являются не упрочнение, а стабилизация структуры и снятие остаточных напряжений.

Стабилизирующий отпуск (250-300°C): Обеспечивает частичное снятие напряжений без значительной потери прочности. Является наиболее практичным и широко применяемым режимом.

Полный отжиг (350-410°C): Приводит к полному снятию напряжений и максимальной пластичности, но сопровождается снижением прочности на 30-50%.

4. Анализ дефектов и контроль качества

Основными дефектами сварных соединений АМг6 являются поры, горячие трещины и непровары. Комплексный контроль (ВИК, капиллярный, УЗК, радиография) позволил идентифицировать причины их возникновения:

Поры: Влага на поверхности, недостаточная защита газом, высокая скорость сварки.

Горячие трещины: Высокие усадочные напряжения, жесткое закрепление, неблагоприятный химический состав.

Непровары: Недостаточный ток, высокая скорость сварки, плохая зачистка кромок.

5. Безопасность жизнедеятельности

Ввиду высокой пожаро- и взрывоопасности алюминиево-магниевой пыли и стружки, все операции механической обработки должны проводиться с эффективными системами пылеудаления. При сварке обязательна защита от УФ-излучения и сварочного аэрозоля. Для тушения возгораний запрещено использовать воду; необходимо применять огнетушители класса D, сухой песок или специальные покрывала.

Заключение

Проведенное исследование позволило сделать следующие выводы о том, что установлена критическая важность тщательной механической зачистки и обезжиривания кромок, а также применения специализированной присадочной проволоки Св-АМг5.  Определены оптимальные режимы для TIG (AC, 140-180 А) и MIG (DC+, 90-120 А) сварки толщины 3 мм, обеспечивающие получение качественных соединений. Металлографический анализ подтвердил неизбежное формирование зоны разупрочнения в ЗТВ, где твердость снижается на 20-30%. Обоснована необходимость применения стабилизирующего отпуска (250-300°C) для снятия остаточных сварочных напряжений в ответственных конструкциях. Сформулированы ключевые требования безопасности, направленные на минимизацию рисков возгорания и взрыва при обработке сплава АМг6. Разработанные рекомендации позволяют оптимизировать технологический процесс сварки сплава АМг6 и обеспечить требуемый уровень надежности сварных конструкций.

Список литературы:

1. Гуревич С.М., Закорчевский Н.З. Сварка алюминиевых сплавов. – М.: Металлургия, 1990. – 320 с.
2. Малышев В.В. Современные технологии сварки алюминиевых сплавов // Сварочное производство. – 2018. – № 5. – С. 45-52.
3. Kou S. Welding Metallurgy. – 3rd ed. – Wiley, 2020. – 480 p.
4. Лазарев В.В., Горбунов С.А. Влияние тепловложения на структуру и свойства сварных соединений сплава АМг6 // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». – 2019. – № 2. – С. 78-89.