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.
|
Рис. 9.1. Схема сварки пластин встык без разделки кромок |
|
Д. 1 |
Км / |
~|" Гінвпл. |
|
f_______ | - |
||
|
І |
|
Рис. 9.2. Схема наплавки на горизонтальную поверхность |
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)
|
2 F Lгн |
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
|
Уравнение для расчета содержания водорода в наплавке может быть записано следующим образом: F-. |
(9.13)
Учитывая, что FH и Fp могут быть выражены через А, получим:
|
Учитывая, что hH + , 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.
|
2 К |
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.
