Связь процессов при кристаллизации и термической обработке со свариваемостью, страница 9

Особенностью сварки в чистом аргоне с добавками кислорода и кислорода с азотом является уменьшение травимости зерен a-твердого раствора, что наиболее сильно происходит при совместной добавке кислорода и азота. Происходит это потому, что добавки к аргону уменьшают содержание водорода в сварном шве, увеличивают его плотность, но несколько снижают предел прочности. Другими словами, введение добавок в аргон не вносит кардиальных изменений в механические свойства сварного шва, однако, оказывая сильное влияние на содержание водорода, дает весьма убедительную информацию о природе процессов формирования мест повышенной травимости в структуре шва. На основании этой информации можно считать, что ответственным за неоднородную травимость и химическую неоднородность сварного шва является водород.

Малое изменение плотности и некоторое снижение прочности шва объясняется увеличением количества и размеров интерметаллидов, что приводит к преимущественному зарождению и распространению разрушения по сварному шву в отличие от сварки в аргоне без добавок, когда разрушение происходит по зоне его термического влияния.

С другой стороны, малое изменение плотности и резкое уменьшение содержания водорода с  сопутствующим  увеличением  количества  интерметаллидов  позволяют  сделать заключение о связывании водорода в устойчивое соединение, неразлагающееся при нагревах до плавления алюминия. Возможно, введение в аргон небольших добавок кислорода и особенно кислорода и азота обеспечивает наведение защитной пленки на расплаве, препятствующей удалению водорода при затвердевании шва. В связи с этим развивается кристаллизация, предусматривающая образование промежуточных фаз. Поэтому, чем плотнее покровная пленка на расплаве, тем меньше определяемое количество водорода, тем больше металлидов и меньше прочность шва.

Такое специфическое воздействие добавок подтверждается противоположным экспериментом по сварке в среде с изменяемой влажностью. Для проведения такого эксперимента сварочную головку ГНС-105AM помещали в камеру с искусственно создаваемой влажностью (40, 60, 80, 100%), которую контролировали с помощью влагомера “Волна-1”.

При исследовании образцов после сварки установлено, что с повышением влажности сильно уменьшается размер зерна (при влажности 80% он составляет 0,5 мм) и повышается травимость участков твердого раствора. В некоторых случаях это повышение достигает уровня образования микропористости. Предел прочности сварного соединения изменяется незначительно и для влажности атмосферы 40, 60, 80, 100% он составляет 320, 320, 335 и 320 МПа соответственно.

Необходимо заметить, что при влажности 100% происходит вновь некоторое укрупнение зерна и уменьшение травимости зерен. Это сопровождается изменением плотности сварных швов, которая при влажности 100%, вновь увеличивается (рис.6.1).

Можно предположить, что при значительной концентрации водорода при застывании сварочной ванны происходит процесс самопроизвольного его удаления с достаточно высокой скоростью (процесс естественного рафинирования). Об этом же говорит и уменьшение количества интерметаллидов.

Для проверки такого предположения была проведена серия экспериментов, в которых газонасыщенность сварочной ванны искусственно увеличивали за счет предварительного наводороживания основного металла. Наводороживание образцов проводили методом катодной поляризации в 20%-ом растворе серной кислоты с добавкой 1 г/л мышьяка в течение 1 - 6 ч непосредственно перед проведением сварки.

Установлено, что наводороживание в течение 1 - 3ч приводит к усилению травимости межосных участков твердого раствора до образования микропористости, как это наблюдалось при сварке во влажной среде (влажность 60 и 80%). Подобным же образом изменяется размер зерна в шве и плотность его, но влияние водорода в этом случае выражено значительно сильнее. При большом времени наводороживания наблюдается обратное (рис.6.2). Результаты испытания механических свойств образцов в зависимости от времени наводороживания пластин приведены в табл. 6.5.