книги / Термическое, термомеханическое и механическое поведение алюминия и его сплавов при различных методах их обработки

а)

б)

в)

Рис. 40. Усредненная доля (а, в, д) и средний размер микропор по трем дорожкам замера микротвердости (б, г, е) в верхнем (♦)

инижнем (▲) продольном сечении сварного шва, измеренные

внаправлении движения инструмента (см. стр. 93)

91

г)

д)

е)

Рис. 40. Окончание

92

(см. рис. 39). На сбегающей стороне скорость роста доли микропор в верхнем продольном сечении, так же как и при минимальном удельном давлении на инструмент, превышает скорость роста доли микропор в нижнем продольном сечении шва. Доля пористости основного металла около ЗТВ в 3 раза меньше по сравнению с аналогичным значением сварного шва, полученного при 180 МПа. Средний размер микропор в основном металле составляет 1,8–2,1 мкм (рис. 40).

В верхнем продольном сечении при максимальном удельном давлении 230 МПа в зонах сварного шва и основном материале, находящемся под опорным буртом, доля микропор составляет 0,1–0,4 %. Средний размер микропор в сварном шве соответствует 0,8–1,4 мкм, в основном материале за пределами опорного бурта – 1,2–1,6 мкм. В ядре шва на набегающей стороне нижнего продольного сечения на расстоянии 4 мм от его осевой линии доля микропор минимальна и составляет 1–1,7 %.

Затем доля микропор в ядре шва резко повышается до 4 % на набегающей стороне, до 4,5 % на сбегающей стороне и колеблется около данных величин в ЗТМВ, ЗТВ и основном материале, находящемся под опорным буртом. Многократное увеличение доли микропор при удалении от центральной линии сварного шва свидетельствует о газовой пористости, вызванной градиентом температуры в сварном шве. За пределами опорного бурта доля микропор основного материала составляет 3 %. В нижнем продольном сечении шва средний размер микропор составляет 1,2–1,8 мкм, в основном материале – 1,5–1,8 мкм.

3.5.Механизм формирования пористости

впоперечном сечении сварного шва в зависимости от удельного давления на инструмент

При недостаточном удельном давлении 180 МПа в начальном поперечном сечении IV шва образуется типичный для набегающей стороны дефект в виде макропор (рис. 41). Переходные

93

инструмента приведены на рис. 42. Установлены сквозные микропоры на границе основной материал – ЗТВ в месте искривления сварного шва на набегающей стороне на расстоянии 5,8 мм от осевой линии шва. По длине шва микропоры по размеру уменьшаются (рис. 42, а, в, д). В начальном поперечном сечении шва IV образуются многочисленные микропоры с кристаллической структурой размерами 85 × 175 мкм (увеличенный фрагмент 1) и 20 × 40 мкм (увеличенный фрагмент 2), а также цепочка микропор с размерами 20 × 45 мкм (увеличенный фрагмент 3) (см. рис. 42, а). В направлении движения инструмента микропоры в верхней части шва уменьшаются до 18 × 20 мкм (см. рис. 42, в) и до 10 × 13 мкм

(см. рис. 42, д).

В нижней части шва в начальном поперечном сечении шва образуется поверхностная трещина протяженностью 404 мкм, свидетельствующая о полном отсутствии перемешивания вследствие недостаточной глубины опускания инструмента или некачественного выравнивания инструмента по отношению к совместной линии свариваемых пластин (см. рис. 42, б) [11]. В среднем и конечном поперечном сечении шва образуются газовые поры, уменьшающиеся по размеру в направлении движения инструмента (см. рис. 42, г, е). Зигзагообразные кривые 1 и 2 на рис. 42, г являются следствием природного оксида алюминия на поверхности соединяемых пластин. Недавние исследования [11, 91] с помощью просвечивающей электронной микроскопии подтвердили, что эти кривые действительнопосоставу соответствуютчастицамAl2O3.

При минимальном удельном давлении на инструмент 180 МПа в ядре шва на сбегающей стороне в основании инструмента образуются многочисленные макропоры до 800 мкм (рис. 43). С увеличением удельного давления макропоры в корне шва исключаются. В ЗТВ и ЗТМВ на набегающей стороне образуются мелкие газовые поры (рис. 43, б). Результатом напряженного состояния нижней части шва и нарушения его сплошности являются микротрещины (рис. 43, в).

95

в

Рис. 43. Образование макропор в основании инструмента:

а– на набегающей стороне; б – на сбегающей стороне;

в– увеличенный фрагмент участка (удельное давление 180 МПа)

Врезультате можно заключить, что для случаев удельного давления на инструмент 205 и 230 МПа доля микропор является допустимой и условно сопоставимой. Характер изменения доли пор для каждого случая нагрузки является уникальным, так для случая сварки при 230 МПа в верхней части шва наблюдается константальный уровень количества микропор (0,3–0,4 %) и их размеров (~1,2–1,25 мкм). Однако в нижнем продольном сечении шва наблюдается экстремальный характер распределения микропор. При удельном давлении на инструмент 230 МПа картина обратно противоположная минимальному удельному давлению.

Вверхней части шва количество пор минимальное при 230 МПа, максимальное – при 180 МПа, достигая максимальных значений 14–15 % в ЗТВ и в основном материале сварного шва. Выявлены

97

Наблюдаются макропоры преимущественно на границе ЗТВ – основной материал. С повышением удельного давления на инструмент степень перемешивания материала увеличивается, что способствует исключению образования макропор в начальной области сварного шва. Однако повышение удельного давления на инструмент не исключает образование микропор в данной области. В месте искривления сварного шва на его набегающей стороне установлены сквозные микропоры с кристаллической структурой на границе основной материал – ЗТВ, которые уменьшаются по длине. Пористость сварного шва вызвана уменьшением температуры и механического воздействия на инструмент, приводящим к неоднородному перемешиванию материала в процессе СТП и увеличению размера микропор в корне шва.

Установлено, что для уменьшения доли микропор верхнего продольного сечения с 2–15 до 0,7–2,3 % достаточно повышения удельного давления до 205 МПа, а для аналогичного понижения доли микропор в нижнем продольном сечении необходимо повышение удельного давления до 230 МПа [76].

99