Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 56
Текст из файла (страница 56)
С этой целью используют специальные сварочные флюсы или сварку осуществляют в атмосфере инертных защитных газов. Вследствие большой химической прочности соединения А1,0, восстановление алюминия из окисла в условиях сварки практически невозможно. Не удается также связать А1,0а в прочные соединения сильной кислотой или основанием. Поэтому действие флюсов для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания диспергированной окисной пленки расплавленным флюсом. В условиях электродуговой сварки в интертных защитных газах удаление окисной пленки происходит в результате электрических процессов, происходящих у катода (катодное распыление). В этих условиях возникает необходимость повышения требований к качеству предварительной обработки деталей перед сваркой с целью получения тонкой и однородной пленки по всей поверхности свариваемых кромок, Для предупреждения дополнительного окисления и засорения ванны окислами необходимо применять защитный газ высокой чистоты.
Водород, в отличие от других газов, обладает способностью растворяться в алюминии н прн определенных условиях образовывать поры в металле швов. Сварка алюминич и алюминиевых енлавов Растворимость водорода в ачюминин изменяется при различных температурах (рнс. 3). Концентрация растворенного в металле водорода 1Н1 зависит от давле- Р ния ры молекулярного водорода, находящегося с ним в равновесии: ! 1- [Н] — К ~/ ры е 2~~ где Я вЂ” молярная удельная теплота растворения водорода в металле„кал/моль; Д вЂ” универсальная газовая постоянная, кал,'(моль К); К вЂ” константа, зависящая от температуры.
В реальных условиях парцнальное давление молекулярного водорода в газовой фазе дуги ничтожно мало. Поэтому основным источником водорода, растворяющегося в сварочной ванне, является реакция взаимодействия влаги, содержащейся в окисной пленке, с металлом: )й 2А1+ 3Н.О = А1вО, + 6Н. В результате протекания этой реакции концентрация атомарного водорода в поверхностном слое атмосферы, контактирующей с металлом, может соответствовать большому давлению молекулярного водорода, находящегося в равновесии с металлом.
Поэтому прн наличии паров иоды в зоне ванны концентрация растворенного в металле водорода может оказаться намного больше равновесной. При охлаждении растворенный водород в связи с понижением растворимости стремится выделиться из металла. Пузыри выделяющегося водорода, не успевая всплыть из ванны, остаются в шве, образуя поры. Г!оэтому основной мерой борьбы с пористостью при сварке алюминия является снижение концентрации растворенного в нем водорода до предела ниже 0,69 — 0,7 смв/100 г металла 13).
Основным источником водорода, растворяющегося в металле шва при аргонодуговой сварке, является влага, адсорбированная поверхностью металла и входящая в состав окисной пленки в виде гидратированных окислов, Количество ее определяется состоянием поверхности металла и зависит от обработки его перед сваркой. 4. Выделение водорода с единицы поверхности алюминия при нагреве Коэффициенты а, характеризующие объем водорода в куб. см, выделяющегося с 1 смв поверхности алюминиевой проволоки и фольги при нагреве после различной обработки их перед сваркой и хранения до 1 суток, приведены в табл. 4. Г!ользуясь коэффициентами а, можно рассчитать концентрацию водорода в металле швов и оценить вероятность появления в нем нор. Для однопроходного шва (рнс. 4) концентрация водорода в шве ((11+ах+26) аг+4 111) в „'1 .
100+ — '11Ц„, + — „" 1Н)„р, шу В п,1р. Акулова Л. И., т. 3 226 Свггркп илгоминия, алюмтиювы.г и згаанисвых сплавов 227 Сварка алюминия и алюминиевых сплавов где !Н!)о, и !Н!пр — концентрация водорода в основном металле и проголоьс; Г,н =- Г„+ /и — гглогггадь се гения гпвз; а, и и., — коэг$ф.гпненты, характсчизуюшне объем водорода, ггьдслягсгцсгосгг с 1 см- поггсрхпог ~н оспоьпого металла и проволоки и растворяющегося в сварг ч~ ой вши.е, см,'см'-'; у — плотность металла, г/см', Предупреждению порнстости при сварке алюминия может способствовать сокращение удельной поверхности прнсадочпой проволоки за счет увеличения ее диаметра и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва.
Рациональную обработку поверхности проволоки и основного металла применяют с целью уменьшения толщины окисной пленки и запаса имеюшейся в ней влаги. Магний увеличивает растворимость водорода в ашомннии, поэтому повышенная склонность к пористости при сварке алкзминисво-магниевых сплавов объясняется другим механизмом образования пор. На поверхности сплавов, содержащих магний, присутствует окнсная пленка, сосгоящая из окислов А1,0з и МдО. Такал пленка имеет большую толщину, меньшую плотность из-за дефекгов се строения и больший запас влаги, чем пленка из А1,,0а. В процессе сварки прн расплавлении основного и присадошюго металлов ч гсзть влаги, содержащейся во внутренних дефектах пленки, не успевает прореагировать.
Попадающие в ванну частицы пленки содержат остатки влаги, которая разлагается с выделением водорода. Образовавшийся водород в дефектах пленки переходит в молекулярную форму и затем выделяется в жидком металле ванны в виде пузырьков, минуя стадию растворения. При таком механизме образования пор их суммарный объем (сма/100 г) зависит от запаса влаги в пленке и времени сугцествовшгия ванны, т. е.
времени, в течение которого пузырек может беспрепятственно развиваться в объеме к (~оаг+~пгзаг) Е ~'и= !00, гш7 где Я„и Япп — площади поверхности основного и прпсадочного металла, участвуюшис в образовании шва; /г — коэффициент, зависящий от погонной энергии, определяющий время существования сварочной ванны. При таком механизме образования пор в качестве мер уменьшения пористости, кроме обычных, связанных с гтримененисм рациональной обрабогки поверхности проволоки и основного металла, а также сокращения удельной поверхности проволоки, участвуюшей в образовании шва, зффсктпьной мерой борьбы с по!знстостъю становится ужссто'гезгне !зежпмов. Однако и!зн ужссто'!еггии !зежнмов возникает опасность увеличения давления водорода в несплошпостях, что затрудняет выполнение многослойных швов и подварку. Кргзсталлическая структура металла шва определяет его механические свойства, Чистый алюминий при кристаллизации обладает способностью образовывать в металле швов грубую крупнокристалличсскую структуру.
При сварке алюминиевых сплавов кристаллическая структура и механические свойства металла швов могут изменяться в зависимости от состава сплава, используемого присадочного металла, способов и режимов сварки. Для всех способов сварки характерно наличие больших скоростей охлаждения и направленного отвода тепла. При кристаллизации в этих условиях часто развивается дендритная ликвация, что приводят к появлению в структуре металла эвтектики.
Звтектика снижает пластичность и прочность металла. В связи с этим в швах возможно возникновение кристаллнзациопных трещин в процессе кристаллизации. Улучшение кристаллической структуры металла швов при сварке алюминия и некоторых сго сплавов может быть достигнуто модифицированием в процессе сварки. Поэтому в качестве прнсадочного металла при сварке все большее применение находят специальные проволоки с добавками модификат чов (Х, ).
ведение этих элементов в небольших количествах позволяет улучшить о, г, кристаллическую структуру металла швов и снизить их склонность к трещино- образованию. Перемешиванне металла сварочной ванны в процессе сварки с помощью внешнего магнитного поля также снижает склонность металла швов к трещинообра овапизо При выборе присадочного металла следует также учитывать возможность появления в структуре металла швов разлп'шых химических соединений. При сварке сплавов алюминия„содержащих магний, с применением присадочпой проволоки, содержашсй кремний, в металле швов и особенно в зоне сплавления появляются иглообразные выдетепня Мд,Я, снижающие пластические свойства сварных соединений.
Неблагоприятно влияют па свойства соединений из сплавов системы А! — Мй ничтожно малые добавки натрия, которые могут попадать в металл шва через флюсы. Свойства сварных соединений зависят также от процессов, протекающих в околошовных зонах. При сварке чистого алюминия и сплавов, неупрочняемых термической обработкой, в зоне теплового воздействия наблюдается рост зерна и некоторое их разупрочнение, вызвашюе снятием нагартовки. Рост зерна и разупрочнение нагартованного металла при сварке изменяется в зависимости от способа сварки, режимов и степени предшествовавшей нвгартовки сплава. Свариваемость сплавов А1 — Мй осложняется повышенной чувствительностью их к нагреву и склонностью к образованию пористости и вспучиванию в участках основного металла, непосредственно примыкающих к шву. Способность этих сплавов образовывать порнстость в зонах термического воздействия связывается с наличием в слитках молекулярного водорода.
После обработки таких слитков (прессования или прокатки) в металле образуются пссплошности в виде каналов или коллекторов, в которых водород находится под высоким давлением. Для проверки качества металла, предназначенного для сварки, рекомендуется проводить специальную пробу !3!. При сварке сплавов, упрочнясмых термической обработкой, в зонах около шва происходят изменения, ухудшающие свойства сварпваемого металла.
Измерение твердости и изучение структуры металла в зоне термического воздействия сплавов этой группы позволяют обнаружить в ней участки металла с различной степенью распада твердого раствора и коагуляции упрочннтеля. Однако самым опасным изменением, резко ухудшгиогцим свойства металла и сггособствугощим образованию трещин, является оплавление гранпц зсрен. Появление жидких прослоек между зернами снижает механические свойства металла в нагретом состоянии и способствует образованию крнсталлизационпых трещин. Независимо от способа сварки и исходного состояния металла в непосредственной близости от шва наблюдается зона оплавления границ зерен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
