filebar
Методические пособия по сварочным работам

Распределение водорода в металле швов

Кристаллизация металла шва в условиях сварки носит периодический характер и происходит отдельными порциями (волнами). Остановки в кристаллизации вызываются выделением скрытой теплоты плавления, нарушающей общий баланс тепла в сварочной ванне.



Учитывая, что в пределах каждой волны фронт дендритов перемещается очень быстро (скачкообразно), выделение водорода из закристаллизовавшейся волны в жидкий металл возможно во время паузы в кристаллизации между волнами, т. е. в течение времени контакта жидкого металла ванны с поверхностью металла закристаллизовавшейся волны.



Зная расстояние между волнами и скорость сварки, пренебрегая временем кристаллизации самой волны, можно подсчитать время контакта жидкого металла с твердым и определить объем водорода, успевающего за это время продиффундировать из твердого металла закристаллизовавшейся волны в жидкий металл сварочной ванны.



Допустим, что концентрация растворенного в сварочной ванне водорода равна некоторой величине [ H ]р (Ж) . Учитывая высокую скорость диффузии водорода в жидком металле и перемешивание его в ванне, можно считать, что водород в сварочной ванне распределен по объему равномерно.



В связи со скачкообразным характером кристаллизации волны весь водород, содержащийся в жидком металле, фиксируется в закристаллизовавшемся металле ванны и концентрация водорода в твердом металле волны оказывается равной той же величине [Н ]р (Ж) . Объем водорода в закристаллизовавшейся волне (Vh2) может быть подсчитан следующим образом:



Где R — глубина сварочной ванны в см (для удобства расчетов принято, что кристаллизующаяся часть ванны имеет сферическую поверхность); δβ — толщина волны в см; у — плотность металла в г/см3.



Пренебрегая изменением температуры твердой фазы и изменением концентрации растворенного в ней в процессе диффузии водорода, можно ориентировочно подсчитать объем водорода, успевающего продиффундировать в жидкость:



νδίΙφ = (Vp1-VK) Sr, (46)



Где D0 — коэффициент диффузии водорода в твердом алюминии при температуре кристаллизации D0= 1,161 X XlO-7 см2/сек;



Из полученного выражения следует, что склонность водорода к фиксации в твердом растворе увеличивается с уменьшением скачка растворимости водорода при переходе из жидкого состояния в твердое, с уменьшением разности, с увеличением скорости сварки и толщины кристаллизующейся волны.



При сварке неплавящимся электродом пластин толщиной 6 мм толщина волны изменяется в пределах 0,03—0,5 мм при скорости сварки 5—48 м/ч. При сварке плавящимся электродом со скоростью 18 м! сек средняя толщина волны меняется в пределах 0,05—0,2 мм (рис. 45 и 46).



Из табл. 39 следует, что при средних скоростях сварки алюминия 18—25 м/ч в кристаллизующейся волне фиксируется подавляющая часть растворенного водорода (90% и более).



Если же учесть некоторую условность расчета и допущение о постоянстве концентраций водорода в твердой и жидкой фазах в процессе диффузии, то действительная скорость диффузии должна быть меньше, поэтому для реальных режимов сварки можно считать, что кристаллизация металла идет при практически полностью подавленной обменной диффузии водорода между твер



Дой и жидкой фазами и концентрация водорода в жидкой части ванны в течение процесса кристаллизации остается постоянной. В этом случае развитие зародышей пузырьков окажется возможным только в жидком металле сварочной ванны, если концентрация растворенного в ней водорода будет больше минимальной равновесной концентрации растворенного водорода при температуре кристаллизации.



Купить одежду из Бишкека (Кыргызстана)
Яндекс.Метрика