Заказать
Промышленный портал
Аренда, конвейер, инвестиции, производство, оборудование, технологии
Главная / Технология металлов / Сварочное производство / Сварка алюминиевых сплавов / Взаимодействие алюминия с водородом

Взаимодействие алюминия с водородом

Водород в отличие от других газов обладает способностью растворяться в алюминии и при некоторых условиях образовывать поры в металле швов. Данные об изменении растворимости водорода в алюминии при различной температуре и давлении находящегося с ним в равновесии молекулярного водорода (pH2 = 100 кПа) приведены на рис. 9.1.

 

Рис. 9.1. Изменение растворимости водорода в алюминии в зависимости от температуры при рн2 = = 100 кПа

В реальных условиях сварки парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе дуги ничтожно мало. Поэтому основным источником водорода, растворяющегося в сварочной ванне, служит реакция непосредственного взаимодействия влаги с  металлом

2А1 + 3Н2О = А12О3 + 6Н.

В результате протекания этой реакции концентрация атомарного водорода в поверхностном слое атмосферы, контактирующей с металлом, достигает больших величин и может соответствовать огромным значениям давления молекулярного водорода, находящегося в равновесии с металлом. В связи с этим при непосредственном взаимодействии влаги и паров воды с металлом концентрация растворенного в нем водорода может достигать больших значений.

Растворенный в жидком металле водород в связи с понижением растворимости стремится выделиться из него при охлаждении.
Пузырьки выделяющегося водорода, .не успевая всплыть из ванны, остаются в металле шва, образуя поры. Для возникновения и существования пузырька в жидком металле необходимо, чтобы давление заключенного в нем водорода было больше внешнего давления, оказываемого на пузырек, или равно ему. Если пренебречь влиянием металлостатического давления в связи с малой глубиной сварочной ванны и рассматривать процесс сварки при нормальном внешнем давлении, равном 100 кПа, то для существования пузырька в жидком металле сварочной ванны должно выполняться следующее условие:

pH2 ≥100 + 2σ/r,    (9.1)

где рH2, — давление молекулярного водорода в пузырьке; σ — поверхностное натяжение на границе газ—металл, r — радиус пузырька.

Между концентрацией растворенного в металле водорода и давлением молекулярного водорода, находящегося с ним в равновесии при температуре t, имеется определенная зависимость

[Н]р = kехр [-ΔH/R (t + 273)] √pH2

где [Н]р — концентрация растворенного в металле водорода; рH2 — давление молекулярного водорода; k — коэффициент растворимости; ∆Н — теплота растворения.

Для одинаковой температуры, но различных давлений водорода справедливо равенство

где [Н ]0 — концентрация растворенного в металле водорода при температуре t °С и р0н2.

После сокращения получаем

[Н]p/[Н]0 = √pH2/√р0 н2< P>

Если принять р0н2 равным атмосферному  давлению, т. е. р0н2 — 100 кПа, то получим после преобразования

([Н]р/1[Н]0)2н2/100.

Заменив в выражении (9.1) рН2 величиной 100 ([Н]р/[Н]0)2, характеризующей пересыщение раствора в отношении растворимости при температуре t °С и рНа = 100 кПа, получим

([Н]р/[Н]0)2≥1 + 2σ/100r (9.2)

Из выражения (9.2) следует, что возникновение пузырьков выделяющегося газа в идеально чистом металле (гомогенное зарождение пузырьков) затруднено и возможно лишь при очень большом пересыщении жидкого металла, поскольку при r→0 ([Н]р/[Н]0)→ ∞
При наличии в жидком металле границ раздела, образованных нерастворимыми взвесями, уравнение (9.2) принимает вид

([Н]р/[Н]0)2≥1+2σƒ (θ)/100r, (9.3)

где θ — краевой угол смачивания жидким металлом поверхности твердых частиц;

ƒ(θ) = [(2+2 cos θ + sin2 θ cos θ)/4] (9.4)

Из выражения (9.4) следует, что при θ→ 180° ƒθ→0. Иначе говоря, при наличии в жидком металле взвесей, не смачиваемых расплавом, зарождение пузырьков становится возможным при небольшой величине пересыщения, т.е. при [Н]р/[Н]р)2≥1.

В промышленных алюминиевых сплавах всегда присутствуют частицы оксидов, образующих нерастворимые несмачиваемые взвеси. Поэтому возникновение пузырьков выделяющегося водорода в условиях сварки алюминия при нормальном внешнем давлении  (рвн = 100 кПа) становится возможным   при   [Н]р→[Н]р.

В процессе кристаллизации металла вероятно перераспределение водорода между закристаллизовавшимся металлом и жидким. Такое перераспределение должно способствовать постепенному увеличению концентрации водорода [Н]р в незакристалли-зовавшейся части ванны и возникновению пузырьков в момент, когда [Н]р станет больше [Н]0. Поэтму исходная концентрация водорода, растворенного в металле, при которой возникают пузырьки, может существенно изменяться в зависимости от условий кристаллизации и массы кристаллизующегося металла.

Накопленный в настоящее время опыт показывает, что в условиях сварки алюминия в связи с большими скоростями перемещения фронта дендритов перераспределением водорода между твердым и жидким металлом в процессе кристаллизации можно пренебречь и считать, что концентрация водорода в ванне в процессе ее кристаллизации не изменяется. Величина [Н]0 уменьшается при охлаждении и достигает в жидком металле при температуре 660 °С своего минимального значения (0,69 см3/100 г металла).

В связи со сказанным при внешнем давлении рви = 100 кПа возникновение пузырьков водорода в жидком алюминии можно ожидать при концентрации растворенного в ванне водорода более 0,69 см3/100 г металла, что подтверждено экспериментально. Зарождение пузырьков при сварке алюминия происходит в период охлаждения металла в наиболее холодных участках ванны, в которых величина [Н]р оказывается больше [Н]0. В связи с большой скоростью роста дендритов всплывание пузырьков из ванны затруднено, и влияние условий кристаллизации, ограниченно меняющихся при изменении режимов сварки, на степень пористости швов при сварке алюминия сказывается относительно мало.

Промышленное оборудование

Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности
Под заказ
Хит
  • Двустороннее прессование
  • Твердость матриц 52-60 ед. по Бринеллю (для справки - твердость сверла 70 ед.)
  • Система управления на базе контроллеров Сименс или Овен. Высокая надежность
  • Автоотключение при аварии: перегрев, падения уровня масла, нерабочий концевой датчик
  • Система радужного (двухцветного) окрашивания изделий
  • Двухконтурная гидравлика - быстрый холостой ход цилиндров и медленное задавливание
  • Мелочей не бывает: пресса в базе комплектуются продувочными пистолетами «Камоци»
  • Пневматика «Камоци» (Италия)
1 099 000 руб.
Хит Новинка
профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности
Под заказ
Хит Новинка
профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.
598 000 руб.
Новинка

Конвейер скребковый трубный (КСТ) - это герметичный трубопровод из стандартной трубы, внутри которой движется цепь с закрепленными на ней скребками.

Скребковый конвейер обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными видами транспорта.

В зависимости от требуемой производительности КСТ может быть как круглого, так и прямоугольного сечения.

Под заказ
Новинка
Ленточный конвейер герметичный предназначен для транспортировки сыпучих, пылящих материалов.
Под заказ
Так все больше распространение получают ленточные конвейеры или системы конвейеров на базе пластиковой модульной ленты.
Под заказ

Создание и SEO продвижение промышленных сайтов

Адаптивный дизайн. Интернет магазин с 1С интеграцией.
SEO продвижение. ТОП 10 без ограничения ключевых слов.

Заказать Подробнее
Заказать

Промышленное оборудование

Технология металлов

Товары и услуги

Вся информация, представленная на сайте промпортал.su включая информацию о ценах, наличии товаров и их характеристиках, носит ознакомительный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями ст.437 ГК РФ. Подробности о характеристиках, комплектации оборудования уточняйте у консультантов отдела продаж.