Каталог организаций

Пористость в сварных соединениях

 

Повышенная склонность алюминиевых сплавов к порообразо­ванию является одним из главных затруднений на пути полу­чения сварных соединений высокого качества. Некоторые ученые считают, что пористость больше определенного размера при опре­деленном взаимном расположении отдельных пор существенно понижает прочность и пластичность сварных соединений. Поэтому в СССР и за рубежом проводятся работы по выяснению причин возникновения пористости и определению методов их предупреждения. Основной причиной пористости в алюминиевых сплавах является присутствие в них водорода. Кроме водорода, в сварочную ванну возможно попадание азота и кислорода. Азот практически не растворяется в алюминии, а дает нитрид алюминия, переходящий в шлак, и поэтому не ока­зывает существенного влияния на образование пористости. При сварке в защитных газах кислород в сварочную ванну обычно попадает в небольших количествах, так как содержание его в за­щитных газах строго ограничено. Кислород, попадающий в ванну, соединяется с алюминием в окисел А1203 и, очевидно, также не влияет на появление пористости в металле шва.

Образование пористости зависит от чистоты исходного металла, качества подготовки под сварку поверхности свариваемого и при­садочного материалов, чистоты защитных газов, состава защитной атмосферы, качества травления и полноты удаления продуктов травления, способа сварки, параметров сварки, вида переноса капель металла и других факторов.

Причины и механизм образования пористости исследовали многие советские ученые. Основным источником насы­щения металла шва атомарным водородом является влага, адсор­бированная окисной пленкой на поверхности сварочной про­волоки и свариваемых кромках.

Избыток газообразного водорода в металле объясняется повы­шением растворимости газов, особенно водорода, в жидком алю­минии и скачкообразным уменьшением растворимости его в кри­сталлизующемся металле. Температура сварочной ванны в голов­ной ее части достигает 1600—1700° С, а температура переносимой в столбе дуги капли еще выше; Установлено, что наивысшая растворимость водорода в алюминии имеет место при температуре 2050° С и достигает 20,9 см3 на 100 г металла, т. е. объем раство­ренного водорода чрезвычайно велик.

По мере остывания сварочной ванны из-за резкого падения растворимости атомарный водород стремится выделиться, но, встречаясь и объединяясь с другими атомами водорода, с центрами кристаллизации и загрязнениями в металле, рекомбинирует в молекулы и образует газовые пузыри. Эти пузыри всплывают, пока позволяет вязкость окружающего металла. Не успевшие всплыть газовые пузыри после кристаллизации металла остаются в нем в виде неплотностей, как правило, сферической формы — газовой пористости.

Кроме газовой пористости, имеющей сферическую форму, различают усадочную пористость, не имеющую определенной формы и располагающуюся по границам зерен.

В некоторых случаях в сварных соединениях из алюминиевых сплавов нарушается герметичность в околошовной зоне. Это явление наблюдается в сварных деталях малой толщины (до 1 мм). В деталях большей толщины негерметичности может не быть, однако в околошовной зоне отмечается вспучивание металла. Исследования показали, что причиной возникновения негерме­тичности в околошовной зоне является междендритная водород­ная микропористость, в некоторых случаях — сквозная. При нагреве сварочной дугой в околошовной зоне частично оплав­ляются границы зерен. Диффундирующий из основного металла к этим границам водород вытесняет расплавленную эвтектику, в результате чего в околошовной зоне образуется пористость, имеющая вид разветвленных каналов. Пористость такого типа опасна, так как часто не выявляется непосредственно после сваркипри контроле сварных швов, а открывается при эксплуатации сварных узлов.

Образованию пористости сварных соединений способствует не только водород, попадающий в сварочную ванну с присадочным материалом, газами и из влаги, адсорбированной поверхностной окисной пленкой, но и водород, растворенный в металле при изготовлении полуфабрикатов. Внутренние напряжения создают направленный поток водорода в растянутые места решетки, и про­грессирующая сегрегация водорода в этих местах может привести к ослаблению сил сцепления и зарождению трещин.

При достаточно высокой температуре или при длительном постоянно действующем напряжении атомы водорода диффунди­руют и выходят из решетки металла к поверхности раздела фаз, микропустот и рекомбинируют в молекулы водорода. Так как молекулы водорода неспособны диффундировать в металле, то в несплошностях возможны высокие давления, которые приводят к образованию не только пустот (пор), но и трещин в кристалли­зующемся металле. Диффундирующий из основного металла водо­род оказывает влияние на образование газовой пористости в ме­талле шва и усадочной пористости по границам оплавленных зерен в околошовной зоне.

По уменьшению пористости сварных соединений разработано много рекомендаций, которые можно разделить на две группы:

1) организационно-технические и технологические;

2) металлургические.

Ниже приведены основные организационно-технические и тех­нологические рекомендации по уменьшению пористости.

1. Поверхностная окисная пленка на присадочной проволоке и основном металле гигроскопична, поэтому для уменьшения пористости следует тщательно удалять ее перед сваркой.

2.  Одной из причин возникновения пористости является нару­шение газовой защиты шва при сварке. Образование турбулентных потоков газа приводит к перемешиванию воздуха с расплавленным металлом и, как следствие, к повышенному его загрязнению. Установлено, что характер потока защитного газа (ламинарность или турбулентность) зависит от расхода газа, скорости истечения, диаметра сопла, вылета вольфрамового электрода, расстояния сопла до изделия и типа сварного соединения. Оптимальные значения этих параметров определяют экспериментально.

3. На увеличение пористости оказывают влияние остатки на поверхности свариваемых и присадочных материалов продук­тов травления NaOH, поэтому необходимо обеспечить тща­тельную промывку деталей и проволоки после травления.

4. Для уменьшения пористости наобходимо повышать чистоту присадочной проволоки. При этом следует стре­миться к относительному уменьшению площади поверхности при­садочной проволоки, т. е. применять присадочную проволоку возможно большего диаметра. Для получения сварных швов высокого качества необходима тщательная подготовка материалов перед сваркой. По методике суммарной оценки качества подготовки материалов к сварке, разработанной в Англии, две пластины размером 25x37 мм, толщиной 1,5 мм сваривают по большей стороне аргоно-дуговой сваркой и рассматривают качество металла в изломе.

 5. Объем пористости в сварных швах алюминиевых сплавоввозрастает при увеличении выдержки свариваемых кромок и присадочной проволоки после их обработки до момента сварки. Поэтому необходимо предельно сокращать эту выдержку. Проводятся работы по увеличению допустимого времени от подготовки деталей к сварке до сварки.

6. Одним из способов уменьшения пористости является пра­вильный выбор защитных газов. Например, при применении в ка­честве защитной среды смеси Аr+He (65—75% Не по объему) пористость уменьшается. При этом большое зна­чение имеет чистота защитных газов.

 


Также по теме: