Основной мерой борьбы с пористостью при сварке алюминия является снижение концентрации растворенного в нем водорода до предела ниже 0,69—0,7 см3/100 г металла. Источник: водорода, растворяющегося в металле шва при аргонодуговой сварке,—влага, адсорбированная поверхностью металла, и влага, входящая в состав оксидной пленки в виде гидратированных оксидов (поверхностная влага). Количество ее определяется состоянием поверхности металла и зависит от предшествующей обработки его перед сваркой.
В табл. 9.1 приведены значения коэффициента а, характеризующего объем водорода в см3, выделяющегося в 1 см2 поверхности алюминиевой проволоки и фольги при нагреве после различной обработки их перед сваркой и хранения до 1 суток.
Таблица 9.1 Значения коэффициента а для различных способов подготовки поверхности, см3/см2
Подготовка поверхности |
Для основного металла, а1 |
Для проволоки, а2 |
Травление в растворе ортофосфорной кислоты |
0,0008 |
0,001 |
Травление в щелочной ванне с осветлением в азотной кислоте |
0,00165 |
0,0018 |
Зачистка поверхности проволочной щеткой |
0,004 |
- |
Элекгрополирование поверхности |
- |
0,00022 |
Принимая при аргонодуговой сварке за основной источник водород, образующийся при разложении поверхностной влаги, можно ориентировочно подсчитать концентрацию водорода в шве, оценить вероятность появления в нем пор.
При сварке встык без разделки кромок пластин толщиной s (рис. 9.2) в образовании единицы длины шва участвуют поверхности основного и присадочного металлов So.м. и Sпр:
So.м. = l1 + l2 +
2s, (9.5)
Sпр = π dL, (9.6)
где d — диаметр проволоки; L — длина расплавленной проволоки на единицу длины шва.
Если не учитывать потери присадочного металла при сварке, то
Fн = π d2L/4.
Тогда уравнение (9.6) примет вид
Sпр = 4FH/d. (9.7)
Рис. 9.2. Сечение сварного соединения и основные размеры шва
Если предположить, что весь водород, выделяющийся с поверхности основного и присадочного металла, полностью растворяется в сварочной ванне, то концентрация водорода в ней возрастет на некоторую величину [Н]д см3/100 г (расчет ведется на 100 г металла):
Суммарная концентрация водорода в шве [Н]ш без учета возможных потерь может быть определена как сумма исходной концентрации [Н]исх и дополнительной [Н]д, т.е. [Н]ш = [Н]исх + [Н]д. Учтя полученные выражения для поверхностей основного (9.1) и присадочного (9.6) металлов, участвующих в образовании шва, получим
где m и n — доли участия основного и присадочного металлов в образовании шва; [Н]о.м м и [Н ]пр — исходная концентрация водорода в основном и присадочном металлах, см3/100 г.
Из анализа этого уравнения следует, что для снижения концентрации водорода в металле швов при сварке алюминия до пределов, исключающих возможность появления в нем пор, могут быть рекомендованы следующие меры: применение рациональной обработки поверхности проволоки и деталей перед сваркой с целью уменьшения коэффициентов а; сокращение удельной поверхности проволоки, участвующей в образовании шва, путем увеличения диаметра присадочной проволоки и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва.
В табл. 9.2 приведены данные ориентировочного расчета содержания водорода в металле шва, полученного при однопроходной аргонодуговой сварке плавящимся электродом пластин алюминия встык толщиной 7 мм без разделки кромок. Данные для расчета: s = 0,7 см; d = 0,13 см; е1 = 1,1 см; е2 = 0,5 см; Fш = 1,45 см2; Fн = 0,48 см2; Fпр = 0,97 см2;γ = 2,7 г/см3; [Н]о.м и [Н]пр = 0,1 см3/100 г металла:
Таблица 9.2 Результаты ориентировочного расчета содержания водорода в металле швов
Обработка поверхности |
Содержание |
Вероятность | |
основного |
проволоки | ||
Травление в растворе |
Травление в растворе |
0,898 |
Есть |
Зачистка щеткой |
То же |
1,08 |
» |
То же |
Травление в растворе |
0,78 |
» |
Травление в |
То же |
0,536 |
Нет |
Зачистка щеткой |
Электрополирование |
0,488 |
» |
При принятых условиях сварки и определенном соотношении площадей проплавленного и наплавленного металлов замена травления проволоки в щелочной ванне травлением в ортофосфорной кислоте или электрополированием поверхности позволяет сократить содержание водорода в шве и уменьшить вероятность возникновения в нем пор. Из этих же данных следует, что изменение обработки поверхности основного металла вплоть до зачистки ее щеткой не оказывает существенного влияния на концентрацию водорода в металле шва. Аналогичные меры борьбы с пористостью при сварке могут быть рекомендованы для большинства сплавов алюминия, не содержащих магний.