СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Источники водорода в ванне при наплавке лентой сплошного сечения

В основу расчета концентрации водорода в наплавленном металле положены данные работы [38] и полученное в этой работе уравнение для расчета содержания водорода в шве при сварке пластин без разделки кромок проволокой сплошного сечения (рис.9.1).

(bl+b1+2S)al+4(^-)a2 = (^лГг 100+/4//L+44, (9.1)

где Ь1 и Ь2 - ширина валика и проплава, в см ;

5 - толщина свариваемых пластин, см; d - диаметр проволоки, см;

Ftl и Fp - площади наплавленного и проплавленного металлов, см2;

тип доли участия в образовании шва основного и присадочного металлов;

[Я]^ и [Я]^ - концентрации водорода в основном, свариваемом металле и присадочной проволоке, см3/100 г;

а(иа2 - коэффициенты, характеризующие объем водорода, выделяющегося с единицы поверхности основного и присадочного металла при нагреве, зависящие от качества подготовки поверхности, см3/см2;

у- плотность металла, г/см3.

Для случая наплавки поверхности лентой одинакового состава с наплавляемым металлом без участия наполнителя уравнение (9.1) необходимо изменить с учетом схемы, показанной на рис. 9.2 и применения ленты [ 189].

При наплавке лентой сплошного сечения в образовании шва участвуют поверхности основного металла и ленты. Если расчет вести на длину 1 см наплавки шириной ub" то

TOC o "1-5" h z 6-1, см2 (9.2)

Поверхность ленты может быть выражена произведением

S = 2В I, (9.3)

пр щ* 1 v '

где В - ширина ленты в см;

I - длина лентьі, расплавляемой на 1 см длины наплавки, см.

Если исходить из равенства объемов наплавленного и расплавленного металлов, то

TOC o "1-5" h z BS FH-1 (9.4)

где б - толщина ленты, см.

Из этого уравнения

/ -?L

пр ' (9-5)

Подставив полученное выражение в уравнение (9.3) получим:

_ 2 В F, _ 2 F"

SB S

При расплавлении ленты и основного металла выделяется объем водорода

К = я, + ^ (9.7)

Этот объем водорода, растворившись в ванне, вызовет увеличение концентрации водорода в наплавке на величину

г і а. + S„ а, ,

[«L = J Fk г 10°. “ -08)

Воспользовавшись полученными выражениями для S' и 5 (9.2,9.3), получим:

Ь а, +

[Н1 - —----------------------------------------------------- (9.9)

1 U (Гн + Рр) Г

Из этого выражения следует, что увеличение концентрации водорода в наплавленном металле будет тем больше, чем больше ширина наплавки “Ь", сечение F и чем меньше толщина применяемой ленты “б" Из этого же уравнения следует, что с увеличением площади поверхности расплавляемого основного металла или глубины его проплавления [Ща снижается.

Общее содержание водорода в наплавленном металле можно определить как сумму исходного содержания водорода в ванне, учитывающего содержание его в основном и присадочном металле (ленте), и [Я]д.

[tfL = ш [Я]^ +п [НХу, (9.10)

где т доля участия в образовании наплавки основного металла.

TOC o "1-5" h z т = J~TT (911)

р "

где п - доля участия в образовании наплавки присадочного металла;

и F■

р + р (9.12)

р *

[Н]ос и [Щпр содержание растворенного водорода в основном и присадочном металлах.

Если рассматривать случай наплавки на подкладку из литого металла, то необходимо учесть, что содержание водорода в фасонном литье отливок, в зависимости от условий литья и дегазации, может колебаться в широких пределах [Н]^ - (0,3- 0,6) см3/100 г.

Содержание водорода в промышленном металле, используемом для изготовления ленты, [Я]пр обычно не превышает (0,1-0,2) см /100г.

Долю участия основного металла при наплавочных работах обычно стараются снизить за счет ограничения глубины проплавления А.

Для одинаковой ширины наплавки “A" FH =bhH и Fp = bh^.B этом случае

Ь К К п К

ТУХ — ------------------------------------------------------------------------------------------- п-------------

ь (Ар + hH) hlip + hH hH + h„p

(9.13)

Учитывая, что FH и Fp могут быть выражены через А, получим:

(9.14)

(9.15)

Ниже приводится ориентировочный расчет содержания водорода в наплавленном металле при заданных геометрических размерах наплавки и толщины ленты б = 0,03 см.

В реальных условиях восстановления изношенных поверхностей подшипников скольжения необходимо получить наплавку высотой до 4 мм с глубиной проплавления не более 1 мм. Поэтому для расчета принимаем hH = 0,4 см и А = 0,1 см, Н^ = 0,5 см, а, = а?

0,0008 см3/100 г. для поверхности алюминия, протравленной в растворе ортофосфорной кислоты по стандартной технологии, [Щк принимаем равным 0,3 см3/ 100 г и [FTnp - 0,1 см3/100 г.

Подставив численные значения величин в уравнение

0,0008+^^-0,0008 Л1 Л/1

[Н]н=------------------------------------- І 00+— 0,3+——■ 0,1;

1 1 0,5-2,72 0,5 0,5

[НІ =0,06 + 1,57 + 0,06 + 0,08 = 1,11смъ /ЮОг

Судя по результатам расчета, основной вклад в содержание водорода в наплавленном металле вносится с поверхностью ленты * 1,6 см3/100 г. Содержание водорода, которое вносится с поверхностью основного металла, а также исходное содержание водорода в сумме на порядок меньше *0,2 см3/100 г.

В связи с этим для предупреждения пористости или сохранения растворенного в наплавленном металле водорода до предела ниже 0,7 см3/100 г. необходимо уменьшить величину слагаемого

щ 100

А =

г

Величина А может быть уменьшена за счет уменьшения слоя наплавленного металла hH, увеличения толщины ленты “5”, а также за счет сокращения коэффициента а2 путем применения рациональной обработки поверхности ленты и увеличения суммарной толщины слоя наплавленного металла.

Сокращение hH при постоянной величине суммарного слоя наплавленного металла возможно только за счет увеличения глубины проплавления Апр, что нецелесообразно. Точно так же и по тем же причинам нерационален путь сокращения величины "А" за счет увеличения Н^.

Уменьшение величины “А" за счет увеличения толщины ленты “5” возможно лишь в определенных пределах, поскольку

Предельную растворимость водорода для сплавов АМКО, АЛ25 Алькусин-Д можно принять близкой к 0,7 см3/100 г.

с увеличением “5” увеличивается сечение ленты и возникает необходимость увеличения сварочного тока.

Реальные возможности для сокращения величины “А” и содержания водорода в наплавленном металле появляются при использовании обработки поверхности ленты, обеспечивающей снижение коэффициента а7 Так, например, при электро­полировке поверхности алюминия [38] коэффициент а} снижается до 0,0002, то есть почти в четыре раза по сравнению с коэффициентом, полученным при травлении ленты в ортофосфорной кислоте. При полировке ленты для рассмотренного нами случая величина “А” может быть снижена от 1,57 см3/100 г до 0,39 см3/100 г и суммарное содержание водорода в наплавленном металле - с 1,77 см3/100 г до 0,59 см3/100 г, то есть до безопасного предела. При наплавке вольфрамовым электродом с присадкой имеется реальная возможность увеличения толщины ленты по крайней мере вдвое и дополнительное сокращение величины “А" до 0,2 см3/100 г и общего содержания водорода до 0,4 см3/100 г.