Что необходимо сделать если наплавленный металл пористый

Борьба с пористостью при сварке алюминия

Основной мерой борьбы с пористостью при сварке алюминия является снижение концентрации растворенного в нем водорода до предела ниже 0,69—0,7 см3/100 г металла. Источник: водорода, растворяющегося в металле шва при аргонодуговой сварке,—влага, адсорбированная поверхностью металла, и влага, входящая в состав оксидной пленки в виде гидратированных оксидов (поверхностная влага). Количество ее определяется состоянием поверхности металла и зависит от предшествующей обработки его перед сваркой.

В табл. 9.1 приведены значения коэффициента а, характеризующего объем водорода в см3, выделяющегося в 1 см2 поверхности алюминиевой проволоки и фольги при нагреве после различной обработки их перед сваркой и хранения до 1 суток.

Таблица 9.1 Значения коэффициента а для различных способов подготовки поверхности, см3/см2

Для основного металла, а 1

Травление в растворе ортофосфорной кислоты

Травление в щелочной ванне с осветлением в азотной кислоте

Зачистка поверхности проволочной щеткой

Принимая при аргонодуговой сварке за основной источник водород, образующийся при разложении поверхностной влаги, можно ориентировочно подсчитать концентрацию водорода в шве, оценить вероятность появления в нем пор.

S o.м. = l 1 + l 2 + 2s, (9.5)
S пр = π dL, (9.6)

где d — диаметр проволоки; L — длина расплавленной проволоки на единицу длины шва.

Если не учитывать потери присадочного металла при сварке, то

Тогда уравнение (9.6) примет вид

Рис. 9.2. Сечение сварного соединения и основные размеры шва

Если предположить, что весь водород, выделяющийся с поверхности основного и присадочного металла, полностью растворяется в сварочной ванне, то концентрация водорода в ней возрастет на некоторую величину [Н] д см3/100 г (расчет ведется на 100 г металла):

где m и n — доли участия основного и присадочного металлов в образовании шва; [Н] о.м м и [Н ] пр — исходная концентрация водорода в основном и присадочном металлах, см3/100 г.

Из анализа этого уравнения следует, что для снижения концентрации водорода в металле швов при сварке алюминия до пределов, исключающих возможность появления в нем пор, могут быть рекомендованы следующие меры: применение рациональной обработки поверхности проволоки и деталей перед сваркой с целью уменьшения коэффициентов а; сокращение удельной поверхности проволоки, участвующей в образовании шва, путем увеличения диаметра присадочной проволоки и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва.

В табл. 9.2 приведены данные ориентировочного расчета содержания водорода в металле шва, полученного при однопроходной аргонодуговой сварке плавящимся электродом пластин алюминия встык толщиной 7 мм без разделки кромок. Данные для расчета: s = 0,7 см; d = 0,13 см; е 1 = 1,1 см; е 2 = 0,5 см; F ш = 1,45 см2; F н = 0,48 см2; F пр = 0,97 см2;γ = 2,7 г/см3; [Н] о.м и [Н] пр = 0,1 см3/100 г металла:

Таблица 9.2 Результаты ориентировочного расчета содержания водорода в металле швов

Содержание
водорода
в шве, см3/100 г

Вероятность
появления пор

Травление в растворе
щелочи с последующим
осветлением в растворе
HNO 3

Травление в растворе
щелочи с последующим
осветлением в растворе
HNO 3

Источник

Сварка алюминия. Пористость.

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 см 3 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;

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.

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 25 x 37 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.

Металлургические рекомендации по уменьшению пористости

Металлургические рекомендации основаны на том, что умень­шение пористости возможно либо за счет ограничения протекания реакции взаимодействия жидкого металла с влагой путем увели­чения скорости кристаллизации сварочной ванны, либо, наоборот, за счет создания условий для полного протекания реакции удале­ния водорода путем увеличения продолжительности существова­ния жидкой ванны.

Выбор одного из металлургических способов уменьшения пористости зависит от типа свариваемого алюминиевого сплава (термически упрочняемого или термически неупрочняемого, склон­ного к образованию трещин или не склонного и др.), а также от толщины свариваемых деталей, их жесткости и других пара­метров. Детали малой толщины целесообразно сваривать на жест­ких режимах, т. е. применять первый из способов, а детали боль­шой толщины из термически неупрочняемых и не склонных к об­разованию трещин — по второму способу, учитывая, что при этом можно повысить производительность процесса сварки.

Иногда для уменьшения пористости применяют подогрев деталей перед сваркой, что увеличивает пребывание металла в жидком состоянии и таким образом облегчает удаление из него растворен­ных газов. Температуру подогрева назначают в зависимости от типа свариваемого алюминиевого сплава. Так, при сварке сплавов системы Аl— Mg подогрев свыше 100—150° С может привести не к снижению, а к увеличению пористости, так как в этих спла­вах пленка окиси магния, образующаяся на поверхности расплав­ленного металла, слабо защищает жидкий металл от воздействия влаги.

Для уменьшения пористости целесообразно применять много­дуговую сварку термически неупрочняемых алюминиевых спла­вов, что приводит к увеличению продолжительности существова­ния жидкой ванны.

Для уменьшения пористости сварных швов в СССР и за рубе­жом проводили опыты с добавлением в защитный газ 1—3% Сl по объему. Хлор, активно взаимодействуя с образовавшимся водо­родом, уменьшает его количество в сварочной ванне. Известно также, что пористость можно уменьшить путем наложения ультра­звуковых колебаний на жидкий и кристаллизующийся металл сварочной ванны. Ультразвуковые колебания облегчают выход водорода из ванны и ограничивают возможность образова­ния крупных пор. Однако применение хлора и ультразвука суще­ственно усложняет технологический процесс сварки и условия работы обслуживающего персонала.

Источник

Меры предупреждения пористости. Исправление пористых швов

При изготовлении сварных конструкций борьба с пористостью сварных швов должна начинаться уже с первых стадий технологического процесса. Еще на складе должны быть приняты меры по защите металла от атмосферных осадков. После обработки детали должны быть очищены в местах сварки и вблизи них на расстоянии 20—30 мм от ржавчины, масла, краски и других загрязнений. Литые, подлежащие приварке детали, а также литье в местах дефектов, исправляемых сваркой, должны быть тщательно очищены от литейной корки и формовочной земли. Тонкий слой окалины после горячей прокатки удалять не обязательно, но окалина, остающаяся после нагрева для штамповки или отжига, должна быть удалена.

Производительным способом очистки металла является очистка пескоструйными аппаратами Однако она требует оборудования специальных камер и приводит к запылению производственных помещений. Применение этого способа следует считать наиболее рациональным для литых деталей (так как в литейных и обрубных цехах пескоструйная очистка является одной из операций технологического процесса), а также для очистки металла, пораженного ржавчиной по всей поверхности. Для очистки мест сварки применяются переносные наждачные круги и электрические щетки. Стационарные наждачные круги применяются для легких деталей, например, для очистки заготовок под наплавку инструмента.

Ржавчина, масло, краска, окалина могут выжигаться. Для этой цели применяются обычные паяльные лампы, горелки для газовой сварки, подогревательное пламя газовых резаков, а также специальные многопламенные горелки. Последние с успехом применяются для очистки краски с металла старых конструкций в ремонтных работах и при очистке окалины с крупных штампованных деталей (например, днищ котлов и цистерн). Ржавчина при этом прокаливается, а менее опасный сухой ее остаток так же, как и окалина, легко отделяется от металла, благодаря различию в коэффициентах линейного расширения.

Серьезное внимание должно быть обращено на упаковку и хранение проволоки, предназначенной для автоматической сварки и изготовления электродов. Ржавчина и другие загрязнения с электродных стержней удаляются в специальных вращающихся барабанах, в которые стержни загружаются вместе с сухим песком или древесными опилками. Опилки применяются для снятия тонкого слоя смазки, которым стержни неизбежно покрываются при правке и рубке проволоки на правильно-рубильных станках. При сильном загрязнении маслом обезжиривание производится бензином или раствором каустической соды с последующей тщательной промывкой в воде и просушкой. Очистка бухт проволоки для автоматической сварки при сильном ее загрязнении значительно сложнее. Очистку можно осуществить травлением в 10%-ном растворе серной кислоты (лучше подогретой) с последующей нейтрализацией в растворе едкого натра, тщательной промывкой в воде и сушкой. Небольшие местные загрязнения можно удалить вручную наждачной бумагой во время перемотки бухт проволоки для зарядки кассет сварочных автоматов. Институтом электросварки разработана специальная машина для этой цели. Очистку деталей в местах сварки лучше всего производить за несколько часов до сборки и сварки конструкции, в особенности, если готовые изделия хранятся в сырых помещениях или на открытом воздухе.

Вне зависимости от того, производилась ли очистка деталей до их сборки, сварщик должен внимательно осмотреть подлежащие сварке места и очистить их от загрязнений, ибо при длительном хранении собранные узлы могут заржаветь и загрязниться маслом. Очистка собранных и прихваченных узлов производится ручными стальными щетками, переносными наждачными кругами и электрическими щетками. Такая очистка менее эффективна, чем очистка отдельных деталей, так как ржавчина забивается в зазоры между деталями и благодаря значительному скоплению в отдельных местах может вызвать сильную пористость. В соединениях внахлестку ржавчина вообще не может быть удалена в месте соприкосновения собранных деталей. Поэтому после очистки необходимо тщательно продуть зачищенные места и зазоры между деталями сжатым воздухом. В собранной конструкции наилучшие результаты дает прокаливание («выжигание») ржавчины пламенем газовой горелки. Им широко пользуются при автоматической сварке на монтаже. Полуавтоматическая сварка тонкой проволокой менее чувствительна к наличию ржавчины на свариваемых кромках и поэтому требует менее тщательной очистки металла. Достаточной оказывается обычная очистка металлической щеткой.

Применение двухслойной автоматической сварки, при которой первый слой шва, с целью выжигания ржавчины, сваривается на большой скорости, причем получается пористым, а второй слой дает окончательное сечение шва, нужно признать нерациональным, так как это резко снижает эффективность автоматической сварки, лишая ее одного из преимуществ — возможности однопроходной сварки швов больших сечений. Этот метод может быть оправдан в том случае, если на отдельных участках шва из-за повышенного зазора сварка производится первоначально на большой скорости, причем шов получается пористый.

Необходимо обратить серьезное внимание на контроль влажности электродных обмазок и флюсов согласно техническим условиям. Влажность флюсов не должна превышать 0.1%. Многие электродные обмазки обладают пониженной гигроскопичностью. Флюсы также поглощают влагу из воздуха. Поэтому их надо хранить в теплых сухих помещениях. Полезно иметь непосредственно в сварочных цехах небольшие электрические печи сопротивления для просушки электродов и флюсов перед их применением. При работе в полевых условиях сушку электродов и флюсов производят на жаровне, а также используют тепло выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания передвижных сварочных агрегатов. Для этой цели на выхлопную трубу двигателя надевается специальное устройство. При изготовлении электродов необходимо, чтобы толщина слоя покрытия находилась в пределах допусков, так как недостаточное количество расплавленного шлака на шве не только не обеспечивает полноты протекания необходимых химических реакций между металлом и шлаком, но ведет также к ускоренному охлаждению шва. Необходимо строго контролировать температуру прокалки электродов.

Прихватка при сборке под автоматическую сварку должна производиться электродами марки Э-42, Э-42А, Э-50. Даже при сборке под ручную сварку прихватки необходимо выполнять электродами той же марки, которыми будут свариваться швы. Автоматическая сварка по ручной подварке электродами марки Э-34 во всех случаях, когда автоматный шов может частично переплавить металл ручного шва, недопустима.

При сварке для каждого материала должны применяться электроды, флюсы и проволока проверенных типов, а режимы сварки должны быть тщательно отработаны. Хорошо поставленный технический контроль основных и вспомогательных материалов способствует получению беспористых швов. В процессе сварки необходимо создать условия, обеспечивающие максимальное выделение газов из жидкого металла сварочной ванны до затвердевания металла шва. Это может быть достигнуто посредством замедления затвердевания жидкого металла и поддержания металла возможно’ больше времени в жидком состоянии. Последнее можно осуществить достаточным прогревом основного металла. Для этого в большинстве случаев достаточна правильная техника сварки — соответствующие манипуляции концом электрода или горелкой, при которых получается хороший прогрев и провар кромок, подогрев затвердевающей части сварочной ванны, перемешивание металла в ванне.

Предварительный подогрев, проводимый при сварке и наплавке некоторых специальных, а также средне- и высокоуглеродистых сталей и при заварке дефектов стального и чугунного литья, наряду с предупреждением получения резких закалочных структур и образования трещин, способствует получению плотных швов. При наплавке инструмента и заварке дефектов литья рекомендуется применять ванный способ сварки, обеспечивающий получение плотных наплавок. При ручной сварке нужно следить за равномерным отложением шлака на шве. При автоматической сварке должна быть обеспечена равномерная засыпка флюса вдоль линии шва, так как при недостатке флюса дуга прорывается наружу, и шов становится пористым.

При дуговой сварке должна поддерживаться оптимальная для данной работы длина дуги, которая контролируется измерением напряжения на дуге. При газовой сварке должен поддерживаться требуемый характер пламени. При сварке в среде инертных газов весьма важным является контроль чистоты применяемых газов, их расхода и техники сварки.

Исправление пористых швов

Средства исправления швов, забракованных из-за их пористости, обычно определяются техническими условиями на изготовление отдельных видов продукции. При большом количестве пор, расположенных в виде сетки или строчки, швы, как правило, вырубаются и завариваются вновь. Ручная подварка дефектных мест без их вырубки не может обеспечить требуемой глубины проплавления, достаточной для ликвидации наиболее глубоко залегающих пор. Автоматическая подварка пористых швов без их вырубки допускается том случае, если режим обеспечивает необходимую глубину провара, а размеры шва после подварки находятся еще в пределах допусков. Для заварки одиночных пор рационально применять сварку электрозаклепками под флюсом, при которой можно достигнуть глубокого проплавления металла шва. Этот простой и производительный способ с успехом применяется на заводах, при изготовлении ответственной продукции (например, элементов сварных мостов).

Источник

Разработка способов борьбы с пористостью наплавленного металла

В общем случае, как было показано выше, процесс образования пор можно разделить на два этапа: 1 возникновение зародышей газовых пузырьков и 2 развитие и перемещение их в условиях гидродинамической и температурной нестационарности жидкого металла сварочной ванны.

Из этого следует, что возможны три принципиальных способа получения наплавленного металла с минимальной пористостью:

исключение или эффективное ограничение

образования зародышей газовых пузырьков в

недопущение развития образовавшихся газовых зародышей;

создание условий для эвакуации газовых пузырьков из расплава ванны до момента их “вмерзания» в кристаллизующийся металл. Наиболее радикальными способами исключения пористости наплавленного металла являются первые два, хотя на практике они наиболее трудно осуществимы [54,58, 69, 74, 99], особенно при использовании порошкового электрода.

П = /(1С, Ud, Ус, F„ К„ dh, ЬСЖ =10 м/ч,1д-200А, ид=20В)

На рис. 9.29 приведены макрошлифы продольных сечений наплавленных валиков. Как видно, пористость в обоих случаях наблюдается вблизи линии сплавления, причем при использовании прокаленной перед наплавкой лентой поры небольшого размера, а их количество невелико.

При наплавке порошковым электродом после длительного хранения (- 1 месяц) количество пор и их размер значительно возросли. Объяснить это можно увеличением пересыщения жидкого металла ванны водородом, попадающим в неё с каплями расплавленного электрода.

После захвата зубчатым фіронтом кристаллизации газового пузырька он может продолжать увеличивать размер за счет атомарной диффузии водорода из малоподвижного, локально пересыщенного металла, прилегающего к фронту кристаллизации.

В работе [43] показано, что рост газового пузырька будет происходить в момент остановки роста кристаллов, продолжительность которой зависит от интенсивности отвода скрытой теплоты кристаллизации и теплоты перегрева, т. е. от режима наплавки. Для алюминия и его сплавов продолжительность остановки может достигать 0,4- 0,6 с, что позволяет вырасти пузырьку до определенных

Рис. 9.29. Макроструктура наплавленного металла порошковым электродом после прокалки (а) и вылеживания в течение месяца (б)

В соответствии с работой [79J отрывной диаметр пузырька может быть определен по зависимости:

Для уменьшения пористости наплавленного металла необходимо, в соответствии с изложенной выше моделью порообразования и рисунками 9.24-9.27, подбирать режимы наплавки, обеспечивающие всплывание пузырьков на

Одним из наиболее перспективных способов борьбы с пористостью является интенсификация процесса объединения (коалесценции) мелких газовых пузырьков в более крупные полости, что резко (скачкообразно) повышает скорость их всплывания [107, 135]. Полученное в этих работах расчетное уравнение для определения числа N последовательных коалесценций пузырьков радиусом г. с пузырьком начального

радиуса г0 за время существования ванны ( у ) позволяет

определить его размер по зависимости:

Проблема использования этой формулы связана с трудностью определения N, поскольку необходимо учитывать многие факторы, влияющие на него: различие скоростей всплывания пузырьков различных размеров, турбулентность и градиент скорости течения металла и др. Выполненные расчеты показывают, что число N может изменяться в значительном диапазоне (от ЗО до 14103) и определяется, в основном, шероховатостью поверхности свариваемых кромок.

При выводе расчетных зависимостей для определения ^авторы не учли многие факторы сложной картины поведения пузырьков в сварочной ванне (см. предыдущий раздел). Наибольший вклад в развитие размеров пузырьков вносит процесс их всплывания под действием сил гравитационного поля. Как было установлено в работах [79, 80], пузырьки в
процессе движения ведут себя не как жёсткие объекты, а совершают радиальные пульсации с частотой

Очевидно, что с увеличением амплитуды пульсаций пузырьков будут интенсифицироваться процессы их коалисценции и, следовательно, дегазация ванны.

Если воздействовать на жидкий металл меняющимся по частоте внешним давлением, то можно добиться явления резонансного колебания пузырьков и резко увеличить амплитуду его колебаний. Этот процесс реализован при конверторном производстве стали [87].

Амплитуда колебаний газового пузырька в сварочной ванне при воздействии на нее естественного или вынужденного изменения давления дуги с частотой/а, может быть определена по зависимости [108,109]:

где /с1, /с2 частоты собственных колебаний взаимодействующих пузырьков, 1 /с;

При совпадении частот собственных колебаний пузырьков с частотой пульсации давления дуги сила притяжения между пузырьками резко возрастает. Расстояние между пузырьками, при котором возможна коалесценция, на один-два порядка больше радиуса пузырей. В соответствии с формулой (9.120) число последовательных коалесценций N возрастает также практически на один-два порядка, что приведет к скачкообразному увеличению размеров пузырьков и их всплыванию с большой скоростью.

Таким образом, одним из эффективных способов уменьшения пористости наплавленного металла может быть использование пульсации давления дуги на сварочную ванну, т. е. использование импульсно-дугового процесса.

При этом необходимо учесть, что в сварочной ванне одновременно находятся газовые пузырьки различных размеров, которые имеют свои собственные резонансные частоты пульсаций. В связи с этим оптимальная частота пульсаций дуги, дающая наибольший эффект по дегазации ванны, должна представлять собой некоторую осредненную величину, точное значение которой чрезвычайно сложно рассчитать из-за большого количества определяющих ее факторов и неясности влияния каждого из них на конечный результат. На данном этапе разработки механизма дегазации ванны целесообразно производить поиск оптимальной частоты пульсации путем проведения опытных наплавок с использованием математической теории планирования эксперимента и обработки результатов. Именно такой подход был сделан авторами при разработке промышленной технологии наплавки поршней.

В качестве иллюстрации эффективности использования пульсации дуги на дегазацию сварочной ванны приведены фотографии макроструктуры наплавленных валиков (рис. 9.31).

Второй вариант наплавки проводился на режиме: 1а = 230-250 А; У,-20-22 В; V =19м/ч;/ =800А;т = 1,7-10 3с;

Как видно из рис. 9.31, пористость наплавленного металла в нижней и средней части валика отсутствует. Довольно крупные поры, образовавшиеся вследствие коалесценции газовых пузырьков, расположены в верхней части валика, которая при последующей механической обработке удаляется.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что предложенная модель порообразования при наплавке алюминия и его сплавов отражает реальную картину протекающих процессов в сварочной ванне и может быть использована при разработке как наплавочных материалов, так и технологии наплавки.

Источник