Добавки магния к алюминию приводят к увеличению коэффициентов диффузии водорода в сплавах и его растворимости и оказывают неблагоприятное влияние на защитные свойства оксидной пленки.
В отличие от алюминия на поверхности его сплавов, содержащих более 3 % Mg, появляется сложная пленка, состоящая из оксидов магния и алюминия. Она отличается повышенной толщиной и обладает способностью удерживать значительно большие количества влаги, чем пленка на чистом алюминии или его сплавах, не содержащих магний.
Основываясь на данных рис. 9.3, можно предположить, что при сварке сплава АМгб разложение влаги, имеющейся в пленке, не успевает закончиться в момент расплавления основного и присадочного металлов. Поэтому частицы оксидной пленки, образующиеся при расплавлении присадочной проволоки и основного металла, попадающие в ванну, содержат остатки непрореагировавшей влаги. Вступая в контакт с жидким металлом в ванне, оставшаяся в пленке влага разлагается с выделением водорода, который образует пузырьки.
Рис. 9.3. Выделение водорода с
поверхности фольги из сплава АМгб (1У и 2) и алюминия (3, 4) при экстракции в
вакууме при температуре 600 °С: 1 и 3 — обработка в растворе NaOH; 2 и 4 —
электрополирование
При таком механизме возникновения пузырьков водорода в сварочной ванне при сварке сплавов системы алюминий—магний отсутствует прямая связь между концентрацией растворенного в металле швов водорода и суммарным объемом имеющихся в нем несплошностей (рис. 9.4). Поэтому суммарный объем несплош-ностей в металле швов при сварке сплава АМгб может изменяться в зависимости от нескольких факторов: количества частиц оксидной пленки, замешанных в ванну при сварке; толщины частиц оксидной пленки и запаса сохранившейся в них влаги; времени существования металла в сварочной ванне, определяющегося принятыми режимами в технологией сварки.
Рис. 9.4. Суммарный объем несплошностей Σ Vп в металле швов при автоматической наплавке в аргоне плавящимся электродом валиков на пластины из сплава АМг6; dпр = 1,6 мм; Iсв=260÷280 А; Uд = 20÷22 В; 1 — проволока протравлена в растворе Н3РО4 (хранение 1 сут.); 2 — то же, в растворе NaOH (хранение 1 сут.); 3 — проволока подвергнута, электрополированию (хранение 4 мес.)
Закономерное увеличение суммарного объема несплошностей при увеличении времени существования сварочной ванны (при сварке с большей величиной погонной энергии) объясняется разными условиями протекания реакции остатков влаги пленки с жидким металлом сварочной ванны. При сварке с большой скоростью реакция не успевает закончиться в жидком металле сварочной ванны и продолжается в кристаллизующемся металле. Поэтому образующиеся пузырьки водорода не успевают увеличиться в объеме до своих максимальных размеров, и в несплошностях создается повышенное давление водорода. Относительное увеличение суммарного объема несплошностей при одинаковом увеличении времени существования металла в сварочной ванне можно рассматривать как критерий, характеризующий запас влаги, остающейся в оксидной пленке при выбранном варианте подготовки ее поверхности.
Из рассмотренных трех вариантов обработки поверхности проволоки лучший — электрополирование, при котором имеется возможность уменьшить суммарный объем несплошностей в широком диапазоне режимов и, что самое главное, избежать образования в металле швов разветвленных несплошностей, появляющихся в результате вытеснения незакристаллизовавшейся эвтектики водородом, выделяющимся в моменты, близкие к завершающей стадии кристаллизации.
Такие несплошности оказывают неблагоприятное влияние на прочность соединений и служат одной из причин возникновения в металле течей.
В отличие от сварки алюминия и его сплавов, несодержащих магний, основные меры борьбы с пористостью при сварке сплава АМгб должны быть направлены не столько на снижение концентрации водорода, растворенного в металле, сколько на уменьшение количества частиц оксидной пленки, замешиваемых в ванну в процессе сварки, и уменьшение запаса остающейся в них влаги. Это может быть достигнуто сокращением удельной поверхности проволоки, участвующей в образовании шва, за счет увеличения ее диаметра и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва; применением рациональной обработки поверхности проволоки и основного металла с целью уменьшения толщины пленки и запаса остающейся в ней влаги; применением в тех случаях, когда это возможно, способа сварки вольфрамовым электродом.
При сварке вольфрамовым электродом при стабильном протекании процесса подавляющая часть оксидных пленок, образующихся при расплавлении присадочного металла, не замешивается в ванну и остается на ее поверхности, не принимая участия в образовании несплошностей в металле швов. При сварке тонкого металла вольфрамовым электродом большое значение приобретает качество подготовки поверхности основного металла. Наилучший вариант подготовки — травление деталей в щелочи с последующим осветлением в азотной кислоте и зачистка торцов и кромок деталей шабером непосредственно перед сваркой.
При сварке плавлением со шлаковой защитой основным источником водорода, растворяющегося в металле швов, служит влага, содежащаяся в электродных покрытиях и флюсах.
При газовой сварке применяют флюсы, наносимые в виде пасты, разведенной водой, на кромки свариваемого металла или на присадочный пруток. Металл шва получается плотным. Это объясняется тем, что поток горячих газов горелки прогревает флюс и расплавляет его на значительном расстоянии впереди ванны. Влага из флюса испаряется, и в контакте с металлом находится уже расплавленный флюс, не содержащий влаги. В самом пламени газовой горелки всегда присутствуют пары воды. Парциальное давление их достаточно для активного растворения водорода в металле. Поэтому отсутствие пористости в швах при этих условиях сварки объясняется главным образом защитой ванны пленкой жидкого флюса, имеющегося на поверхности ванны.
