СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
ПЛОТНОСТЬ МЕТАЛЛА ШВА ПРИ СВАРКЕ АЛЮМИНИЯ ЗАКРЫТОЙ ДУГОЙ
Плотность металла шва зависит от наличия в нем пустот и рыхлот, возникающих в результате растворения газов и образования пор.
Пористость металла шва может оцениваться несколькими способами [34, 99, 100]: рентгеновским просвечиванием (при развитой пористости), металлографическим анализом продольных и поперечных нетравленых микрошлифов (для швов с микропористостью), изучением изломов ультразвуковым способом и др.
Количественно пористость можно оценить такими показателями (для первого и второго способов оценки):
|
Л |
|
Л |
|
100лш ’ |
|
П = -^— 100 / |
П = -*=!------ 105------ (3.1)
F
где п количество пор, видимых на рентгеновском снимке или на шлифе, шт.;
/Г - площадь і— той поры, мм2;
/ - исследуемая длина наплавленного шва, мм;
F исследуемая площадь шлифа, мм2.
Однако рентгеновское просвечивание сварных швов позволяет определить месторасположение сравнительно крупных пор. Поры размером менее 0,2 мм при этом не фиксируются и численного значения суммарного объема пор определить невозможно. При исследовании микро
макрошлифов возможно определить более мелкие поры, однако выбранные сечения являются случайными и не всегда объективно характеризуют действительную пористость металла шва. Поэтому одновременно с вышеперечисленными методами исследования плотности металла шва использовалось гидростатическое взвешивание, получившее обоснование на кафедре сварки МАТИ [34].
Для определения пористости гидростатическим взвешиванием подготавливались образцы из металла шва с прилегающим к нему слоем основного металла толщиной до 1 мм. Длина вырезанного шва во всех случаях составляла не менее 50 мм (масса > 20 г), так как в противном случае погрешность определения объема пустот достигала значительной величины. После тщательной промывки ацетоном образцы взвешивались на воздухе и в дважды дистиллированной воде на аналитических весах АДВ-200 с погрешностью ± 10-7 кг. По разности веса образцов иа воздухе и в воде рассчитывался суммарный объем пор (Уя,), а также процент пористости (Я, %).
Количественно пористость по этой методике определяется по зависимости:
|
(3.2) |
Я = — • 100%, К
|
Рм |
Vo - объем образца, м3; рм - плотность металла, кг/м3;
Р1 - вес образца на воздухе, кг.
Объем образца определяется по разности весов образца на воздухе (Р,) и в воде (Р2):
|
(3.3) |
V0=(P]~P2)a, м
где а - удельный объем воды при температуре опыта, м3/кг.
Значения плотности основного металла определяли по справочным данным [101] или методом гидростатического взвешивания металла.
Поскольку пористость алюминиевого металла шва вызывается в основном водородом [13, 27, 102, 103], то, учитывая сложившуюся практику оценки растворимости водорода в металле в см3/100 г [3, 104], будем определять пористость в таких же единицах измерения, т. е.
у
П = — • 102, см3/100 г. (3.4)
Л
Применение метода оценки пористости взвешиванием позволяет обнаружить даже незначительную пористость металла, выявляемую лишь на микрошлифах.
При исследовании плотности шва при сварке алюминия закрытой дугой необходимо знать содержание водорода, растворенного в металле шва.
Для определения содержания водорода в алюминии в настоящее время, в основном, применяется метод вакуумной экстракции из твердого или жидкого металла [102, 105, 106]. Используемые при этом установки, обеспечивающие высокую точность анализа, разделяются на два типа: с палладиевым капилляром и с окислителем.
Установкам с окислителем присущи такие недостатки, как сложность коммуникаций, большая длительность откачки установки, необходимость применения в работе жидкого азота, что создает определенные неудобства при анализе.
Установки с палладиевым капилляром лишены этих недостатков. Из установок с палладиевым капилляром более предпочтительной является конструкция, разработанная на кафедре технологии сварочного производства МАТИ [106, 107]. Предложенная установка проста в работе и обеспечивает высокую точность при анализе, так как имеет минимальное количество вакуумных кранов и шлифов. Поэтому для определения содержания водорода в металле шва при сварке алюминия под флюсом использовалась установка конструкции МАТИ.
На точность анализа водорода методом вакуумной экстракции существенное влияние оказывает способ подготовки образцов. Многолетняя практика авторов [107] показала, что наиболее рациональным способом подготовки образцов для анализа является механическая обработка на токарном станке резцом, промытым в дважды перегнанном четыреххлористом углероде.
При исследовании процессов газонасыщения и газовыделения в алюминии в последнее время высказывается мнение о взаимосвязи этих процессов с присутствующим в расплаве оксидом алюминия. По мнению авторов [36, 108], оксид алюминия приводит к образованию в расплаве комплексов Al2Oj х Н, задерживающих диффузионное выделение растворенного водорода. С другой стороны, частицы оксида алюминия служат центрами зарождения газовых пузырьков и способствуют пузырьковому удалению водорода. При отсутствии оксида алюминия в расплаве пузырьковое газовыделение, приводящее к образованию пористости, становится невозможным [37]. Поэтому для исследования при сварке под флюсом целесообразно определять не только содержание растворенных газов, но и концентрацию оксида алюминия в шве.
Для определения содержания оксида алюминия в алюминии используются качественные (технологическая проба, рентгеноконтроль, изучение макрошлифов и изломов) и количественные (химический анализ) методы [8]. Качественные методы позволяют приближенно определить крупные оксидные включения. Ввиду того, что на плотность алюминия существенное влияние оказывает наличие его оксида в количестве сотых и даже тысячных долей процента, то для исследования плотности металла шва при сварке под флюсом необходимо использовать количественный метод определения оксида алюминия. Из имеющихся количественных методов определения оксида алюминия в алюминии лучшим является бромметаноловый [71]. При использовании компактной вывески для анализа и обработки ее поверхности непосредственно перед растворением полученные результаты обеспечивают достаточную надежность и точность. Поэтому для определения оксида алюминия в металле шва при сварке под флюсом был выбран бромметаноловый метод.
